基于导航接收机的DSP外设存储器行进测试技术

基于导航接收机的DSP外设存储器行进测试技术

DSP作为电子系统中数字运算的核心，所操作数据的正确性是系统正常运行的基本保证。以导航接收机中的DSP应用为例，捕获跟踪、信号解调、电文格式转换、多径抑制、抗干扰等实时任务每时每刻都在进行比特信息的交互。作为系统数据的中转站，存储器的任何物理故障都有可能导致系统出现严重的异常。因此，需要一种快速有效的存储器测试算法对DSP外设存储器进行实时功能验证和检测，确保器件没有物理故障[1]。本方法专门针对存储器中AF、SAF、SOF、TF、CF故障的检测，如图1中虚线框内所示。

在已有的故障检测算法中，Checkerboard算法的测试向量类似于国际象棋中黑白相间的棋盘格，使用0-1间隔的测试序列写入存储器，运行时间为O(N)，但故障覆盖率较低[2]。Galpat算法遍历了每个比特对其他比特的影响，可以检测所有非链接的静态故障，但运行时间为O(N2)[3]。在现有工艺条件下，完成一片兆字节容量的存储器的Galpat测试需要几百年。行进算法是工业中经常使用的存储器测试算法，如MATS++、March X、March C-等[4]，其运行时间为O(N)，具有较高的故障覆盖率，但通常不能覆盖所有静态非链接故障。

    本文在考虑存储器静态非链接故障的基础上，以字作为基本检测单元，提出了一种可以检测所有SAF、TF、AF、SOF、CF故障的行进测试方案，其运算量为(11N+5v)/u+2N，其中，每个字为u比特，u=2v。

1 故障模型与定义

    本文采用文献[2]通用的术语定义。

1.1 术语定义

    为了方便描述以字作为基本检测单元的故障检测方法，补充定义以下术语：

    · u：一个字的比特数，u=2v（v为非负整数）。

    · P：u比特的测试向量字。

    · P0：全0测试向量字。P0=bu…b2b1，bu=…=b2=b1=0。

    · M：某个基于比特的行进测试算法，由一系列行进序列组成。

    · MP：M对应的基于字的行进测试算法，P是u比特的测试向量字。

1.2 存储器故障模型

    存储器静态非链接故障包括单个单元故障和耦合故障。

    (1)单个单元故障

    单个单元故障包括：SAF、SOF、AF和TF，其分类及检测序列如表1所示。

 (2)耦合故障

耦合故障是一个单元的逻辑值受另一个单元的影响。包括：①CFin故障（inversion Coupling Fault）是指单元i翻转会导致单元j翻转；②CFid故障(idempotent Coupling Fault)是指单元i翻转会导致单元j的逻辑值为某个定值（0或1）；③CFst故障（state Coupling Fault）是指单元i赋值为某个定值时，会导致单元j的逻辑值为某个定值（0或1）。耦合故障列表如表2所示。

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2 基于字的行进算法

2.1 基于比特的行进与基于字的行进

    基于比特的行进会遍历所有的比特单元，而基于字的行进则是遍历所有的字单元。对于N比特的存储器，两种行进方式的差异如表3所示。

目前大多数存储器读写操作是基于字的。对于N比特存储器，如果一个字为u比特，则对于相同的行进序列，基于字的行进与基于比特的行进相比，测试时间减少到原来的1/u；基于字的行进测试缺点在于故障检测率会下降，需要更多的测试向量字来提高故障检测率。

2.2 字中耦合故障和字间耦合故障

    耦合故障分为字中耦合和字间耦合两种情况，如图2所示。字中耦合故障是指同一个字内的两个比特i和j，比特i的状态变化或操作会引起比特j逻辑值故障；字间耦合故障是指比特i和j分别处于两个不同的字中，比特i的状态变化或操作会引起比特j逻辑值故障。

 由图2可以看出，如果M可以检测出所有的CF故障，则MP0可以检测出所有的字间耦合故障，但通常只能测出一部分字中耦合故障。

2.3 基于字的故障检测

    为了能够检测出所有的SAF、TF、AF、SOF、CF故障，考虑以字为基本检测单元，采用下面的行进序列进行故障检测：

其中：

    存储器共N比特，每个字为u比特，u=2v。

P0=bu…b2b1，则bu=…=b2=b1=0

    PAj=bu…b2b1，则当i mod 2j>2j-1时，bi=1，i=1，2，…，u。

    PBj=bu…b2b1，则当i≤j时，bj=1；当i>j时，bi=0。

    结论1：M0可以检测所有的SAF、TF、AF故障，以及所有的<↑；→>、<↓；→>、<；←>、<↑；←>、<↓；←>、<；←>、<↑；>、<↓；>、<↑；1/0>、<↓；0/1>、<0；0/1>、<1；1/0>故障。

    证明：M0对应的基于比特的行进算法为March C-。March C-可以检测出所有的SAF、TF、AF、CFin、CFst、CFid[4]，因此M0可以检出所有的SAF、TF、AF、字间CFin、字间CFst、字间CFid。下面考察M0对字中CF故障的检测。

    由于M0包含行进序列

因此可以检测出字中耦合比特由0翻转为1引起

因此可以检测出字中耦合比特由1翻转为0引起的<↓；0/1>、<0；0/1>故障；又因为M0经历了写0写1又写0的两次比特反转操作，所以可以检测出所有的单向翻转CFin故障（包括<↑； →>、<↓；→>、<

；←>、<↑；←>、<↓；←>、<

；←>）和单次翻转CFin故障（包括<↑；

>和<↓；

>）。结论1得证。

    结论2：March-CW(即M0+M1)可以检测所有的SAF、TF、AF、SOF、CFid、CFst故障，以及除了<

；

>之外的所有CFin故障。

    证明：由于M1包含行进序列

因此M1可以检测出所有SOF故障。

    由于M1包含行进序列

)，使用了0-1间隔的测试向量字，因此可以检测出所有奇位比特反转对偶位引起的<↑；1/0>、<↓；0/1>、<0；0/1>、<1；1/0>字中耦合故障，以及所有偶位比特反转对奇位引起的上述故障。M1其他行进序列所使用测试向量字0-1之间的间隔按2的幂次增加，因此可以检测出所有奇位比特反转对奇位引起的<↑；1/0>、<↓；0/1>、<0；0/1>、<1；1/0>字中耦合故障，以及所有偶位比特反转对偶位引起的上述故障。所以M1可以检测出所有<↑；1/0>、<↓；0/1>、<0；0/1>、<1；1/0>字中耦合故障。

    结合结论1，结论2得证。

    结论3：M0+M1+M2可以检测所有的SAF、TF、AF、SOF、CF故障。 [!--empirenews.page--]

    证明：M2行进序列所使用测试向量字遍历了字中的每一个比特可能引起的

故障，因此M2可以检测出所有的

字中耦合故障。

    结合结论2，结论3得证。

3 分析与应用

3.1 运算量分析

    运算量是存储器实时检测的重要衡量指标，如表4所示。

 由表4可以看出，在具有相同故障检测能力的前提下，M0+M1+M2的检测时间远小于

、March-17N和Galpat；当u较大时，M0、M0′、March-CW、M0+M1+M2的检测时间会大大缩短。

3.2 实例应用

    对1 MB的RAM，一个字由32 bit组成，则u=32、v=5，50 MHz的总线读写速率，DSP处理速度按500 MHz计算。使用上述检测算法对DSP外设存储器进行实时功能验证和检测，结果如表5所示。

可见，M0+M1+M2可以在2 s内完成1 MB存储器的检测，故障覆盖所有的SAF、SOF、TF、AF、CFin、CFst、CFid。M0+M1+M2的检测时间虽然多于M0、M0′、March-CW，但它可以检测的故障种类更多；M0+M1+M2可以检测出所有

能检测出的故障，检测时间从15 s降低到1.6 s。

    本文考虑了存储器所有的静态非链接故障，提出了一种可以检测所有SAF、TF、AF、SOF、CF的行进测试方案，用于高效快速地完成DSP外设存储器测试。

    与March-CW、

、March-17N进行比较，结果表明，本文方法能检测出March-CW遗漏的

故障，且本文方法的运算量为(11N+5v)/u+2N（其中，每个字为u比特，u=2v），速度远优于

的11N和March-17N的17N/u+10N。将该方法用于DSP外设存储器功能验证中，在数秒内完成了兆字节存储器的检测，从而可以实时完成DSP外设存储器的资源验证。此外，该方法还可以扩展应用于其他嵌入式处理器的外设存储器测试中。