测试数据编码压缩技术研究
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表 1 折叠计数器序列翻转例子 Tab . 1 Sepuen ce p rodu cd exam p le by fold ing coun ter
计数器内容 value of coun ter 1111 0000 0111 0100 0101 折叠距离 fold ing eistan ce 0 1 2 3 4
因此, 围绕如何降低 Sm ax 的值 , 产生了类似文献 [ 4] 所述的一系列重播种技术方案。 LFSR 重播种技术一般用于产生伪随机模式先 检测确定位较少的易测故障 , 而对于剩下的难测硬 故障, 可辅以下述折叠计数器重播种进行测试。 2 . 3 . 2 折叠计数器重播种 折叠计数器重播种方法是利用一个折叠种子可 [ 5] 生成多个测试向量, 属 于一种长度压 缩的方法 。 设折叠计数器的初始状态为 S = ( s1, s2, ∀, sn ), SE {0 , 1 } , 其产生 n + 1 个状态序列记为 F ( 0 , S ), F (1 , S ), ∀, F ( n, S ) 。其中 F ( 0, S ) 为折叠种子 , 状 态从 F ( i, S ) 转移到 F ( i + 1 , S ) 是保持前 i 位不变 , 翻转所有余下位。 i被称为折叠距离。表 1 是由折 叠计数器的初始状态 ( 1111 ) 生成的完成折叠计数 器序列的例子。
n
这种编码思想提出的依据同样是充分挖掘测试 集规律所得, 因为对集成电路的同一模块中的不同 故障点, 测试它们的模式仅仅是部分位被修改, 其他 测试位仍保持不变 , 并且测试模式中含有大量无关 位, 因此同一列的测试模式之间的相关性较好, 再加 上采取纵向分组处理, 测试模式被化整为零 , 更增加 了测试模式之间的相关性, 这些都有利于测试数据 的压缩。
[ 1]
0!
图 4 标准的 LFSR ( 异或门外接的 LFSR ) F ig . 4 Standard linear feadback sh ift reg ister
串 , 最少的是 1 !串。根 据这个 特点 , 可以 选择对 0!游程进行编码或对 0 !和 1 !游程交替编码 , 对 无关位可以根据需要设计不同的赋值策略 , 从而产 生不同的编码方案。典型的基于数 据流的编码有 G lom b 编码、 FDR 编码以及交替码等。 在基于数据流的编码压缩方案中 , 为增大游程 长度, 提高压缩率 , 可以在压缩前对测试向量作差分 运算, 以产 生更 多的 32 0! 串。 设原测 试集 是 TD = { t1, t2, t3, ∀, tn } , 那么相应的差分向量集为 Td iff =
1 编码测试技术原理 、 特点及技术关键
芯核供应商在设计和验证芯核的同时还提供给 用户各个芯核测试集, 基于编码压缩的测试技术原 理就是将芯核供应商提供的测试集 TD 编码压缩成 一个更小的测试集 TE 存储于 ATE 的存储器中 , 被 编码压缩过的测试集 TE 由 ATE 通过测试头送到芯 片的解压电路上被解压还原为原测试集 TD, 送给芯 片内部集成测试访问控制器 TAC ( T est A ccess Con tro ller), TAC 根据事先确定的测试协议将测试码分 别写入各个内核。具体过程如图 1所示。
随着集成电路产业的发展 , 芯片集成度不断提 高 , 尤其是片上系统 SoC ( System - on- Ch ip ) 的出 现 , 芯片内部集成有大量芯核 ( Core) , 使得测试数据 迅猛上升, 对测试设备 ATE ( Autom atic T est Equ ip m ent) 的存储容量、 测试通道数及测试频率等性能指 标的要求大幅度提高 , 测试成本加大 , 测试实施的可 行性降低, 甚至不可行 , 设法降低芯片的测试成本受 到人们广泛关注。 为解决上述问题, 测试数据的编码压缩技术成 为当前研究的热点。编码压缩技术的基本思想是首 先设计压缩算法将原始测试集压缩在一个合理的范 围 , 然后将压缩后的测试数据传送给嵌入在芯片内 部的解压电路进行解压还原, 进而实现测试, 使得测 试过程变得简单 , 减少测 试时间, 有 效降低测试成 本。
[ 2]
Байду номын сангаас
[ 1]
图 3 应用于差分测试集的循环扫描结构 F ig. 3 Cyclit scan structure used in differenece test cet
2 . 3 基于重播种的编码压缩 基于重播种的编码压缩的基本思想是将原始测 试集中各测试向量编码为定长的种子存储在测试仪 上, 测试时利用嵌入在芯片内的 LFSR ( L in ear F eed back Sh ift Reg ister) 或折叠计 数器的重播种 技术展 开生成测试模式。由于实施测试时只需存储和传送 种子向量 , 因此大大降低了测试成本。 在 2 . 3 . 1和 2 . 3 . 2 中所述各类方案的解压结构 中, 大多要设计一个复杂的有限状态机 , 甚至还要引 入硬件开销较大的 CSR, 而基于重播种技术的编码 压缩方法 , 由于在解压结构中只需对位数较少的编 码种子进行播种, 硬件开销相对较低。 2 . 3 . 1 LFSR 重播种 LFSR 是由互连的触发器和线性逻辑单元组成, 图 4 给出了一种 LFSR 的标准形式 , 它可以从种子 向量开始在 2 - 1 个不同的状态间循环, 唯一被遗 漏的状态是触发器全为 0 的状态。
第 25 卷第 5 期 2 0 1 0年 5月
宿 州 学 院 学 报 Journal of Suzhou Un iversity
Vo. l 25 , No . 5 M ay . 2010
do: i 10 . 3969 / j . issn . 1673- 2006 . 2010 . 05 . 011
{ t1, t1⊕ t2, t2⊕ t3, ∀, tn - 1⊕ tn } 。如果作了差分运 算, 那么在解压器和扫描链间就要增加一循环扫描 移位寄存器 CSR ( Cyclica l Scan Reg isters) 对测试向 量进行还原, 具体电路如图 3 所示。这样硬件开销 相对加大 , 换取的是压缩率的提高。
基于这种思想的压缩, 还可以配合上述各类编 码压缩技术, 研究出效果更好的压缩方案。但是 , 由 于解码时仍然还要沿测试模式的顺序横向解码, 使 得解码电路的设计受到挑战。因此基于纵向分组对 比的编码压缩技术可以作为一种新的编码压缩方向 作进一步研究。
图 2 常见编码压缩技术分类 F ig . 2 C lassfication of comm on coding co m pression techno logy
统计编码压缩的典型代表是 H uff m an 编码 , 但 H uff m an 编码解压较复杂, 需建立 H uff m an 树 , 为 简化解压结构, 又有学 者提出 Se lect iv e H uff m an 编 码等。该类方法要求数据块的重复率越高越好 , 在 重复率不高的情况下压缩效果不太理想, 甚至可能 出现负压缩的情况。 2 . 1 . 2 相容压缩 数据块相容压缩是将测试模式以固定的长度划 分为若干数据块 , 由于测试集中存在大量无关位, 数 据块间往往存在相容 ( 两数据块对应相同或至少有 一位无关位 ) 或反相相容 ( 两数据块对应相反或至 少有一位无关位 ) 的情况 , 将相容或反相相容的数 据块进行合并, 达到压缩的目的。 相容压缩技术大多用于多扫描链环境下的约束 输入精简, 该技术对无关位较多的测试集压缩效果 较好, 因为无关位越多 , 数据块间的相关性越好 , 相 容或反相相容的几率越高。近期相容压缩技术的代 表有数据块前向相容的标记码
31
次短的数据块代替, 依次类推, 最长的码字代表频率 最低的数据块, 以此使得数据块的平均码字长度最 短 , 达到最佳的压缩效率。按编码原理对常见编码 压缩技术分类情况如图 2 。
基于数据块的编码压缩 编码压缩 基于数据流的编码压缩 基于重播种的编码压缩 LFSR 重播种 折叠计数器重播种 统计编码 相容压缩
测试数据编码压缩技术研究
李建新
(1 . 宿州学院 计算机科学技术系, 安徽 宿州
1 , 2
,
吴孝银
1
234000 ; 2 . 合肥工业大学 计算机与信息系, 安徽 合肥
230009)
摘要 : 介绍了测试数据编码压缩技术的原理 、 特点及技术要求 , 并根据编码原理对 常见的测试 编码压缩 技术进行分 类 , 研究了每一类编码压缩技术的优势及局限性 , 最后提 出了一 种基于 纵向分组 对比的 分块编 码思想 。 这 种分块 编码思想是将测试集按 固定宽度分成若干组 , 沿纵向对 比编码 , 这种 将测试 集化整 为零的 措施有利 于提高 数据块 间的相关性及压缩率 , 同时为进一步研究测试数据的编码压缩技术提供了新 的思路 。 关键词 : 测试数据 ; 编码压缩 ; 纵向分组 中图分类号 : TP391. 76 文献标识码 : A 文章编号 : 1673- 2006( 2010) 05- 0031- 04
表 2 纵向分组实例 T ab . 2 Ver tical group ing examp le
第 1组 G roup 1 X X10 1001 XXX X 1X 0X 第 2组 G roup 2 00X 1 XX 0X 0101 0XX X 第 3组 G roup 3 XX 1X 0X 0X 100X 1XXX
LFSR 重播种方法是将测试向量编码为一个长 度较短的种子 , 解压时, 将 种子传送给 LFSR, 通过 LFSR 的状态循环生成长的测试向量, 从而达到对测 试集进行宽度压缩的目的。 理论研究表明 : LFSR 编码种子的长度即 LFSR 的长度受测试集中测试向量的最大确定位位数 Sm ax 制约 , 如果能降低 Sm ax 的值 , 就可降低 LFSR 的度数 即种子的位数 , 也就能提高数据压缩率和编码效率。
n
等。
2 . 2 基于数据流的编码压缩 基于数据流的编码也称为基于游程的编码。所 谓游程是指在一个由任意个 0!、 1 !组成的数位串 中 , 存在的由连续 0 !或连续 1 !所组成的字段 , 其 中字段中连续 0 !或连续 1 !的个数称为游程长度。 基于数据流的编码就是根据原始数据中连续 0 !或 连续 1!的游程长度进行编码, 用较短的码字表示 较长的游程 , 从而达到压缩的目的 。 统计表明 : 测试 集中无 关位 最多, 其次是
计数器内容 value of coun ter 1111 0000 0111 0100 0101 折叠距离 fold ing eistan ce 0 1 2 3 4
因此, 围绕如何降低 Sm ax 的值 , 产生了类似文献 [ 4] 所述的一系列重播种技术方案。 LFSR 重播种技术一般用于产生伪随机模式先 检测确定位较少的易测故障 , 而对于剩下的难测硬 故障, 可辅以下述折叠计数器重播种进行测试。 2 . 3 . 2 折叠计数器重播种 折叠计数器重播种方法是利用一个折叠种子可 [ 5] 生成多个测试向量, 属 于一种长度压 缩的方法 。 设折叠计数器的初始状态为 S = ( s1, s2, ∀, sn ), SE {0 , 1 } , 其产生 n + 1 个状态序列记为 F ( 0 , S ), F (1 , S ), ∀, F ( n, S ) 。其中 F ( 0, S ) 为折叠种子 , 状 态从 F ( i, S ) 转移到 F ( i + 1 , S ) 是保持前 i 位不变 , 翻转所有余下位。 i被称为折叠距离。表 1 是由折 叠计数器的初始状态 ( 1111 ) 生成的完成折叠计数 器序列的例子。
n
这种编码思想提出的依据同样是充分挖掘测试 集规律所得, 因为对集成电路的同一模块中的不同 故障点, 测试它们的模式仅仅是部分位被修改, 其他 测试位仍保持不变 , 并且测试模式中含有大量无关 位, 因此同一列的测试模式之间的相关性较好, 再加 上采取纵向分组处理, 测试模式被化整为零 , 更增加 了测试模式之间的相关性, 这些都有利于测试数据 的压缩。
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0!
图 4 标准的 LFSR ( 异或门外接的 LFSR ) F ig . 4 Standard linear feadback sh ift reg ister
串 , 最少的是 1 !串。根 据这个 特点 , 可以 选择对 0!游程进行编码或对 0 !和 1 !游程交替编码 , 对 无关位可以根据需要设计不同的赋值策略 , 从而产 生不同的编码方案。典型的基于数 据流的编码有 G lom b 编码、 FDR 编码以及交替码等。 在基于数据流的编码压缩方案中 , 为增大游程 长度, 提高压缩率 , 可以在压缩前对测试向量作差分 运算, 以产 生更 多的 32 0! 串。 设原测 试集 是 TD = { t1, t2, t3, ∀, tn } , 那么相应的差分向量集为 Td iff =
1 编码测试技术原理 、 特点及技术关键
芯核供应商在设计和验证芯核的同时还提供给 用户各个芯核测试集, 基于编码压缩的测试技术原 理就是将芯核供应商提供的测试集 TD 编码压缩成 一个更小的测试集 TE 存储于 ATE 的存储器中 , 被 编码压缩过的测试集 TE 由 ATE 通过测试头送到芯 片的解压电路上被解压还原为原测试集 TD, 送给芯 片内部集成测试访问控制器 TAC ( T est A ccess Con tro ller), TAC 根据事先确定的测试协议将测试码分 别写入各个内核。具体过程如图 1所示。
随着集成电路产业的发展 , 芯片集成度不断提 高 , 尤其是片上系统 SoC ( System - on- Ch ip ) 的出 现 , 芯片内部集成有大量芯核 ( Core) , 使得测试数据 迅猛上升, 对测试设备 ATE ( Autom atic T est Equ ip m ent) 的存储容量、 测试通道数及测试频率等性能指 标的要求大幅度提高 , 测试成本加大 , 测试实施的可 行性降低, 甚至不可行 , 设法降低芯片的测试成本受 到人们广泛关注。 为解决上述问题, 测试数据的编码压缩技术成 为当前研究的热点。编码压缩技术的基本思想是首 先设计压缩算法将原始测试集压缩在一个合理的范 围 , 然后将压缩后的测试数据传送给嵌入在芯片内 部的解压电路进行解压还原, 进而实现测试, 使得测 试过程变得简单 , 减少测 试时间, 有 效降低测试成 本。
[ 2]
Байду номын сангаас
[ 1]
图 3 应用于差分测试集的循环扫描结构 F ig. 3 Cyclit scan structure used in differenece test cet
2 . 3 基于重播种的编码压缩 基于重播种的编码压缩的基本思想是将原始测 试集中各测试向量编码为定长的种子存储在测试仪 上, 测试时利用嵌入在芯片内的 LFSR ( L in ear F eed back Sh ift Reg ister) 或折叠计 数器的重播种 技术展 开生成测试模式。由于实施测试时只需存储和传送 种子向量 , 因此大大降低了测试成本。 在 2 . 3 . 1和 2 . 3 . 2 中所述各类方案的解压结构 中, 大多要设计一个复杂的有限状态机 , 甚至还要引 入硬件开销较大的 CSR, 而基于重播种技术的编码 压缩方法 , 由于在解压结构中只需对位数较少的编 码种子进行播种, 硬件开销相对较低。 2 . 3 . 1 LFSR 重播种 LFSR 是由互连的触发器和线性逻辑单元组成, 图 4 给出了一种 LFSR 的标准形式 , 它可以从种子 向量开始在 2 - 1 个不同的状态间循环, 唯一被遗 漏的状态是触发器全为 0 的状态。
第 25 卷第 5 期 2 0 1 0年 5月
宿 州 学 院 学 报 Journal of Suzhou Un iversity
Vo. l 25 , No . 5 M ay . 2010
do: i 10 . 3969 / j . issn . 1673- 2006 . 2010 . 05 . 011
{ t1, t1⊕ t2, t2⊕ t3, ∀, tn - 1⊕ tn } 。如果作了差分运 算, 那么在解压器和扫描链间就要增加一循环扫描 移位寄存器 CSR ( Cyclica l Scan Reg isters) 对测试向 量进行还原, 具体电路如图 3 所示。这样硬件开销 相对加大 , 换取的是压缩率的提高。
基于这种思想的压缩, 还可以配合上述各类编 码压缩技术, 研究出效果更好的压缩方案。但是 , 由 于解码时仍然还要沿测试模式的顺序横向解码, 使 得解码电路的设计受到挑战。因此基于纵向分组对 比的编码压缩技术可以作为一种新的编码压缩方向 作进一步研究。
图 2 常见编码压缩技术分类 F ig . 2 C lassfication of comm on coding co m pression techno logy
统计编码压缩的典型代表是 H uff m an 编码 , 但 H uff m an 编码解压较复杂, 需建立 H uff m an 树 , 为 简化解压结构, 又有学 者提出 Se lect iv e H uff m an 编 码等。该类方法要求数据块的重复率越高越好 , 在 重复率不高的情况下压缩效果不太理想, 甚至可能 出现负压缩的情况。 2 . 1 . 2 相容压缩 数据块相容压缩是将测试模式以固定的长度划 分为若干数据块 , 由于测试集中存在大量无关位, 数 据块间往往存在相容 ( 两数据块对应相同或至少有 一位无关位 ) 或反相相容 ( 两数据块对应相反或至 少有一位无关位 ) 的情况 , 将相容或反相相容的数 据块进行合并, 达到压缩的目的。 相容压缩技术大多用于多扫描链环境下的约束 输入精简, 该技术对无关位较多的测试集压缩效果 较好, 因为无关位越多 , 数据块间的相关性越好 , 相 容或反相相容的几率越高。近期相容压缩技术的代 表有数据块前向相容的标记码
31
次短的数据块代替, 依次类推, 最长的码字代表频率 最低的数据块, 以此使得数据块的平均码字长度最 短 , 达到最佳的压缩效率。按编码原理对常见编码 压缩技术分类情况如图 2 。
基于数据块的编码压缩 编码压缩 基于数据流的编码压缩 基于重播种的编码压缩 LFSR 重播种 折叠计数器重播种 统计编码 相容压缩
测试数据编码压缩技术研究
李建新
(1 . 宿州学院 计算机科学技术系, 安徽 宿州
1 , 2
,
吴孝银
1
234000 ; 2 . 合肥工业大学 计算机与信息系, 安徽 合肥
230009)
摘要 : 介绍了测试数据编码压缩技术的原理 、 特点及技术要求 , 并根据编码原理对 常见的测试 编码压缩 技术进行分 类 , 研究了每一类编码压缩技术的优势及局限性 , 最后提 出了一 种基于 纵向分组 对比的 分块编 码思想 。 这 种分块 编码思想是将测试集按 固定宽度分成若干组 , 沿纵向对 比编码 , 这种 将测试 集化整 为零的 措施有利 于提高 数据块 间的相关性及压缩率 , 同时为进一步研究测试数据的编码压缩技术提供了新 的思路 。 关键词 : 测试数据 ; 编码压缩 ; 纵向分组 中图分类号 : TP391. 76 文献标识码 : A 文章编号 : 1673- 2006( 2010) 05- 0031- 04
表 2 纵向分组实例 T ab . 2 Ver tical group ing examp le
第 1组 G roup 1 X X10 1001 XXX X 1X 0X 第 2组 G roup 2 00X 1 XX 0X 0101 0XX X 第 3组 G roup 3 XX 1X 0X 0X 100X 1XXX
LFSR 重播种方法是将测试向量编码为一个长 度较短的种子 , 解压时, 将 种子传送给 LFSR, 通过 LFSR 的状态循环生成长的测试向量, 从而达到对测 试集进行宽度压缩的目的。 理论研究表明 : LFSR 编码种子的长度即 LFSR 的长度受测试集中测试向量的最大确定位位数 Sm ax 制约 , 如果能降低 Sm ax 的值 , 就可降低 LFSR 的度数 即种子的位数 , 也就能提高数据压缩率和编码效率。
n
等。
2 . 2 基于数据流的编码压缩 基于数据流的编码也称为基于游程的编码。所 谓游程是指在一个由任意个 0!、 1 !组成的数位串 中 , 存在的由连续 0 !或连续 1 !所组成的字段 , 其 中字段中连续 0 !或连续 1 !的个数称为游程长度。 基于数据流的编码就是根据原始数据中连续 0 !或 连续 1!的游程长度进行编码, 用较短的码字表示 较长的游程 , 从而达到压缩的目的 。 统计表明 : 测试 集中无 关位 最多, 其次是
