基于测试系统的FPGA测试方法研究

FPGA已经成为当今数字化系统硬件设计的核心,全球90%以上的嵌入式系统设计工程师正在使用FPGA进行着各种各样的设计。FPGA的快速发展,为测试厂商带来了新的机遇和挑战,针对FPGA的各种创新测试技术和解决方案不断问世。文章介绍FPGA配置方法,着重介绍了利用测试系统(ATE)直接配置和基于CPLD+FLASH的FPGA配置方法,介绍了FPGA配置模式选择和配置代码生成方法,并以Virtex-II FPGA为例,详细讲述了FPGA配置与测试过程。     

基于ATE的FPGA测试方法

本文以Xilinx公司基于SRAM的FPGA XC4010为研究对象,将FPGA配置成两种电路来完成对可编程逻辑模块(CLB)的测试,并阐述了如何在Teradyne商用ATE(Automatic Test Equipment)J750上实现FPGA的在线配置及测试,为FPGA面向应用的测试提供一种有效的方法.     

FPGA重复配置和测试的实现

从制造的角度来讲,FPGA测试是指对FPGA器件内部的逻辑块、可编程互联线、输入输出块等资源的检测.完整的FPG A测试包括两步,一是配置FPGA,然后是测试FPGA,配置FPGA是指将FPGA通过将配置数据下载编程使其内部的待测资源连接成一定的结构,在尽可能少的配置次数下保证FPGA内部资源的测试覆盖率,配置数据称为TC,配置FPGA的这部分时间在整个测试流程占很大比例;测试FPG A则是指对待测FPGA施加设计好的测试激励并回收激励,测试激励称为TS.     

基于扫描链的FPGA可编程逻辑模块测试

随着FPGA规模的不断增大和结构的日益复杂,FPGA的测试也变得越来越困难.由此提出了一种可配置的FPGA芯核扫描链设计,并讨论了基于扫描链的可编程逻辑模块（Configuration Logic Blocks CLB）测试.提出的扫描设计可以通过配置调整扫描链的构成,从而能够处理多个寄存器故障,且在有寄存器故障发生时,重新配置后能继续用于芯片的测试.基于扫描链的CLB测试,以扫描链中的寄存器作为CLB测试的可控制点和可观测点,降低了对连线资源的需求,可以对所有的CLB并行测试,在故障测试的过程中实现故障CLB的定位,与其它方法相比,所需配置次数减少50%以上.     

基于测试系统的FPGA逻辑资源的测试

FPGA在许多领域已经得到广泛应用,其测试问题也显得越来越突出。文章针对基于SRAM结构FPGA的特点,以Xilinx公司的XC4000系列芯片为例,利用检测可编程逻辑资源的多逻辑单元(CLB)混合故障的测试方法,阐述了如何在BC3192V50测试系统上实现FPGA的在线配置以及功能和参数测试。它是一种基于测试系统的通用的FPGA配置和测试方法。     

基于ATE的FPGA测试

随着集成电路技术的飞速发展,FPGA的应用越来越广泛,其测试技术也得到了广泛重视和研究。文章简要介绍了FPGA的发展及其主要组成部分,提出了一种用ATE对FPGA进行测试的方法和具体测试流程。以一段Xilinx XC3042的真实配置数据为例详细描述了Intel HEX文件格式,以及将其转换成二进制配置码的方法,并介绍了FPGA的配置码格式和配置数据长度的计算方法。然后,以外设配置模式为例,通过XC3042的配置电路原理图和配置时序详细描述了FPGA的配置原理;最后给出了采用ATE（Automatic Test Equipment）-J750对FPGA的配置与测试过程,为FPGA的通用测试提供了一种切实可行的有效方法。     

FPGA中六倍连线资源的测试

通过分析SPARTAN-II FPGA器件的结构及其连线资源分布特点,寻找一种能够快速配置测试、具有高测试覆盖率的测试配置设计。所提出的把六倍资源连线分别配置成多条横向和纵向环形链路的测试配置设计,提高了测试覆盖率,尽可能地减少了测试配置文件数量。测试验证表明这样的连线资源测试配置设计方法,可直接应用到SPARTAN-II系列的所有型号FPGA的测试。通过更改测试模型数据,甚至可以应用于VIRTEX系列的FPGA测试。这种测试配置设计的特点是:测试效率高且具有高的测试覆盖率、测试结构清晰易于故障定位、延展性强可应用于其他型号的FPGA测试。     

FPGA逻辑资源重配置测试技术研究

针对FPGA的逻辑资源测试,提出了一种内建自测试方法.测试中逻辑资源划分为不同功能器件,对应各个功能器件设计了相应的BIST测试模板.在此基础上进一步利用FPGA的部分重配置性能优化BIST测试过程,最终在统一的BIST测试框架下,采用相对较少的配置次数完成了逻辑资源固定故障的全覆盖测试.     

基于NIOS Ⅱ的FPGA配置技术

针对电子设备中现场可编程门阵列(FPGA)大量使用所带来的FPGA配置数据更新的需求,提出了一种基于嵌入式的多片FPGA配置数据更新技术.通过在FPGA内嵌入NIOS Ⅱ软核处理器来识别外部发送的配置数据,读写本地EPCS存储器,实现配置数据的更新.详细论述了使用Quartus Ⅱ SOPC Builder与Nios Ⅱ 9.0 IDE进行软硬件设计的过程,并与传统的FPGA配置方法进行了对比测试.测试结果表明这种技术应用更加灵活,效率高,易于在工程实际中实现.     

HDTV测试图像信号发生器研究与FPGA实现

主要描述了基于SOC的高清晰度数字电视测试图像发生器的研究与实现.讨论了符合SMPTE 274M标准的18种国际上普遍采用的HDTV测试图案信号的FPGA设计与验证结果,并就系统的基本任务、总体结构、FPGA代码功能结构及典型图像--综合测试卡的发生代码功能结构设计的数学模型进行了详细阐述.FPGA采用XILINX公司的XCV300E,并采取了一种以单芯片多配置为特点的方案,在降低成本的同时充分利用FPGA资源,实现了更加完善的功能,可靠性高.     

基于静态随机存取存储器型FPGA的测试技术发展

可编程逻辑门阵列(FPGA)技术迅速发展,广泛应用于各种电子系统中,与此同时,对FPGA测试的需求也日益增多。针对FPGA的测试方法和特性进行综述研究,给出了测试对象FPGA的分类,根据FPGA的类型特点说明其测试重点,并着重介绍了目前应用最广泛的基于静态随机存取存储器(SRAM)型FPGA的内部资源结构。重点针对SRAM型FPGA,对相应的现有测试方法进行了分类与特性分析。最后对测试技术的发展方向进行了展望。     

SRAM型FPGA单粒子翻转测试及加固技术研究

SRAM型FPGA空间应用日益增多,只有针对其特点设计相应的单粒子试验的测试程序才能系统、准确地获取该类芯片的单粒子翻转特性,为抗辐射加固设计提供依据.阐述了单粒子翻转的静态和动态的测试方法.静态测试包括硬件设计和配置位回读程序的设计;动态测试主要针对CLB(配置逻辑单元)和BRAM(块存储器)两部分进行了相应的软件测...     

航空机载设备中可编程逻辑器件的第三方测评方法研究

目前航空机载设备中可编程逻辑器件的应用领域和规模逐步扩大,在设备软件测评过程中软件测试人员面临着是否需要对FPGA/CPLD进行测试、如何测试的困惑。针对该疑问,本文对传统的软件测试方法和可编程逻辑器件验证方法进行分析,并借鉴军用产品软件第三方测评进入条件评估的思路,提出了能够较好地适应高安全性设备软件第三方测评的流程和方法,提高可编程逻辑器件测评的效率。     

反熔丝FPGA器件γ剂量率辐射效应规律探讨

FPGA系统电路进行抗γ剂量率器件选择是非常困难的。针对FPGA器件抗γ剂量率性能优选,试验研究了3种反熔丝FPGA器件的7剂量率辐照效应规律。全部样品均出现了低阈值γ剂量率扰动效应,但均未产生高γ剂量率闭锁效应。FPGA器件低阚值γ剂量率失效主要是瞬时光电流扰动引起了时序逻辑功能的失效,而其模块海间的反熔丝开关电阻却对产生闭锁效应的大的辐射浪涌电流提供了保护。实验结果表明,系统电路设计加固是其实现抗γ剂量率最有效的方法。     

基于CPCI和光纤接口的数据采集卡设计与实现

设计了一套基于CPCI总线,PCI9054桥接芯片和可编程逻辑器件（FPGA）的高速数据采集卡。FPGA作为本地主控芯片,根据工控机经PCI9054转发的采集命令,通过光纤接口实现与雷达接收机的通信。采用高速RAM缓存数据,采集的接收机测试数据的分析结果可在工控机上显示,从而实现了对雷达接收机性能的快速测试。该采集卡具有较强的通用性和可扩展性,详细介绍了高速数据采集卡的组成和工作原理、硬件设计。     

A HW/SW Co-Verification Technique for FPGA Test

Field programmable gate arrays （FPGAs） have wide and extensive applications in many areas. Due to programmable feature of FPGAs, faults of FPGAs can be easily tolerated if fault sites can be located. A hardware/software （HW/SW） co-verification technique for FPGA test is proposed in this paper. Taking advantage of flexibility and observability of software in conjunction with high-speed simulation of hardware, this technique is capable of testing each input/output block （IOB） and configurable logic block （CLB） of FPGA automatically, exhaustively and repeatedly. Fault cells of FPGA can be positioned automatically by the proposed approach. As a result, test efficiency and reliability can be enhanced without manual work.     

FPGA潜在缺陷测试技术综述

在FPGA的设计、生产过程中,测试是保证器件质量的关键步骤。针对FPGA典型的潜在缺陷,阐述了主流的FPGA测试方法,对各方法的优缺点做了简要对比和总结。同时提出了对构成FPGA的可编程逻辑资源、互联线资源、端口资源、内嵌核4大模块分别进行测试的分类测试法,分析每个模块的典型缺陷,归纳对应的测试方法。     

FPGA连接检测方法

目前大容量的FPGA多采用BGA封装,当其焊接到电路板上后,引脚连接情况很难检测。本文根据单板上除了FPGA外是否使用其他处理器为依据,将使用了FPGA的单板分为仅有FPGA的单板和包含处理器的单板,根据不同类型单板的特点,给出了FPGA方波输出法和MCU地址数据总线扫描法两种切实可行的检测方法,将这两种方法配合在一起,可以检测出大部分FPGA连接问题。文章还以Altera公司的CycloneIV系列FPGA为例,说明了这些检测方法的实现方式。这些检测方法在单板返修中取得了良好的效果。     

一种基于匹配理论的FPGA三级互连网络测试方法

针对FPGA中包含三级可编程开关的互连网络测试,该文提出了一种基于匹配理论的减少配置次数并且与阵列规模无关的测试方法。该方法通过建立结构测试图,按照图的道路长进行分块并应用最小覆盖和最大匹配的原理减少配置次数。对于不同的互连网络结构,与其它方法相比,该方法的配置次数至少减少了10%,并且与阵列规模无关。