CN103870369A

CN103870369A - 一种准完全最大距离随机测试方法

Info

Publication number: CN103870369A
Application number: CN201410060868.0A
Authority: CN
Inventors: 吴悦; 邬晟峰; 徐拾义
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2014-02-24
Filing date: 2014-02-24
Publication date: 2014-06-18

Abstract

本发明涉及一种准完全最大距离随机测试方法。其测试步骤如下：从文本中读取电路的初级输入数n，指定初始种子n位二进制码t₀，期望生成测试码数量2m；根据初级输入数n，生成符合最大总笛卡尔距离的下标奇数测试码集合；在获得下标奇数测试码集合的基础上，根据最大海明距离的规则，进一步获得下标偶数测试码集合，形成中间测试集；中间测试集与指定测试种子t₀作异或运算，获得最终完整测试集。本发明的目的在于解决现阶段电路规模急剧增大，集成电路快速发展的条件下，现有的随机测试算法不足以存在过多冗余测试码，为达到理想的故障覆盖率需要巨大的资源开销以及时间开销的问题。本发明的特点在于提高测试效率的同时提高故障覆盖率。

Description

一种准完全最大距离随机测试方法

技术领域

本发明涉及计算机硬件故障测试领域，具体涉及基于随机测试的固定故障诊断算法领域，提出了一种准完全最大距离随机测试方法。

背景技术

基础知识介绍：

随机测试作为一种无需待测电路内部信息的黑盒测试技术，避免在分析待测电路的结构上耗费大量时间和精力，在不要求达到百分之百故障覆盖率，如只需达到90%-95%的实际工业测试中已经被广泛使用。随机测试是已经被使用多年的著名的固定故障诊断算法。随机测试方法需要对一个电路随机生成测试用例，即对一个有n输入变量的电路来说，是将随机生成的n位测试码加载到电路上，然后根据输出响应来确定该电路是否正常。随机测试方法的一个的优点就是在不必知道电路的具体设计的条件下，对任意电路做出较为可靠的测试结果。其原理是在待测电路的输入端上随机产生测试输入，并通过观察输出端的运行结果来判断待测硬件内部是否存在故障来达到测试目的。随机测试的优点表现为：1)算法简单，测试集生成方便且高效；2)无须待测程序或电路的内部结构信息；3)避免测试人员在生成测试用例时的主观偏见。然而，由于随机测试的随机性和不确定性，也使其本身存在着一些固有的非常明显的缺点：1)测试的故障覆盖率很低；2) 过多的甚至是重复的冗余测试用例；3)对于相同的待测程序或电路的多次测试，存在着故障覆盖率的不确定性，因而导致测试效率很低的致命弱点。

现有技术情况：

随着超大规模集成电路的发展，电路的设计变得越来越复杂，由此造成电路的故障测试也不断变得越来越复杂，现在有的故障诊断也面临越来越多的问题，尤其是在时间开销和存储开销的问题上，困扰大多数故障测试从业者。为了适应新时期的超大规模集成电路的发展，必须改进现有的故障测试方法，使得有更少的时间、更少的资源来测试更为复杂的电路。而在一些商用电路，尤其是军用方面，一些资料具有一定的保密性，对电路进行故障检测更是难上加难。

常见的所谓随机测试码生成方法有使用线性反馈移位寄存器(LFSR, Linear Feedback Shift Registers)及细胞自动机(CA, Cellular Automata)等方法：在给定种子和特征多项式或特征矩阵后可以在一个周期内生成一系列不重复的测试码。由于依据相同的种子与特征多项式，每次生成的测试序列必定相同。因此，实际上就是利用了普通的伪随机测试的思想。研究表明，在以相同故障覆盖率为目标的条件下，伪随机测试相比完全随机测试更为高效。在后文中随机测试将泛指伪随机测试及完全随机测试。一般而言，随机测试生成的测试码中每一位“0”或“1”的出现具有相同的概率，且随机生成时既不关心待测电路的内部信息，也不可能利用前面已经生成的测试信息来选取新的有效测试码。

影响随机测试效率的另一个主要问题是随机生成的多个不同测试码，可能仅检测到相同的故障，使得无效测试码的数量大大增加，因此为了达到与确定性测试法接近甚至相同的故障覆盖率，有可能需要10倍于或更多确定型故障测试算法所生成的测试码和测试时间。鉴于上述的重大缺陷，有研究者引入伽罗华域(Galois Field)的概念，改进LFSR的生成方法即GLFSR,使得该方法生成的任意两个测试码之间的海明距离至少达到2。

本发明的特点：

本发明提出了一种准完全最大距离的随机测试方法，在未知被测电路内部构造的情况下，对电路作出较为可靠的故障报告（95%左右故障覆盖率）。主要从减少测试开销、提高故障覆盖率入手，改进原来的随机测试算法。提高故障覆盖率、减少测试开销(时间、资源)。

发明内容

本发明的目的在于解决现阶段电路规模急剧增大，集成电路快速发展的条件下，现有的随机测试算法不足以存在过多冗余测试码，为达到理想的故障覆盖率需要巨大的资源开销以及时间开销的问题，从而困扰大多数故障测试从业者这一现状。为了解决上述问题，本发明提供一种准完全最大距离随机测试方法，它在现有随机测试方法的基础上引进海明距离和笛卡尔距离的概念，减少测试开销，并提高故障覆盖率。

为达到上述目的，本发明的构思是：

1、减少测试开销：

影响随机测试开销的一个主要问题是随机生成的多个不同测试码，可能仅检测到相同的故障，使得无效测试码的数量大大增加。对于大部分待测电路，在其随机测试码集合中，测试码之间距离适当增大且使得相互间尽可能地达到均匀分布，就可以有效地提高故障检测的概率，并使得量冗余测试码的数量大大降低。因此，基于距离的随机测试算法可以有效的减少测试码数量，减少测试开销。

2、提高故障覆盖率：

传统的随机测试方法忽略了已生成测试码集合的信息，使得最新生成的测试码与已有测试码完全无关。这就产生了两个问题：1) 可能产生完全一样的测试码；2) 可能产生不一样的测试码，但能检测到的故障完全一样。这两种问题都导致最终生成的测试码为冗余测试码，即增加了测试开销，而对故障覆盖率毫无帮助。对于随机测试而言，如果每一个测试码都可以与之前已生成的测试码之间距离尽可能大，则同样数量的测试码检测到更多故障的概率将会提高。基于两种距离定义构造的随机测试序列，可以使其同时满足最大海明距离与最大总笛卡尔距离之和，两者结合便可以构成一个基于最大距离的随机测试序列。

由上，可以看出，在经过距离调整之后生成的随机测试集，同样数量的测试码达到的故障覆盖率远高于传统随机测试，这之所以有效是因为准完全最大距离随机测试将各测试码间的距离拉大，使得各测试码均匀分布，不仅消除了同一测试码再次出现的情况，也使得不同测试码检测到新故障的概率提高，从而提高了故障覆盖率。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

1、一种准完全最大距离随机测试方法，其特征在于：测试步骤如下：

步骤1，从文本中读取电路的初级输入数n，指定初始种子n位二进制码的指定测试种子t ₀，期望生成测试码数量2m；

步骤2，根据初级输入数n，生成符合最大总笛卡尔距离的下标奇数测试码集合；

步骤3，在获得下标奇数测试码集合的基础上，根据最大海明距离的规则，进一步获得下标偶数测试码集合，形成中间测试集；

步骤4，中间测试集与指定测试种子t ₀作异或运算，获得最终完整测试集。

2、根据权利要求1所述的一种准完全最大距离随机测试方法，其特征在于：在所述的步骤2中包括：

步骤2.1，根据初级输入数n，计算出最佳距离为最接近n/2的偶数σ，用以选取候选码。

步骤2.2，根据选定的最佳距离σ，设置距离范围range=σ，失败次数fcount=0；随机从n位全0二进制测试码中选取σ个位并置1，生成与全0码的海明距离为σ的测试码作为候选码；若候选码与已生成的所有下标奇数测试码的海明距离皆在range范围之内，进入步骤2.3；否则，fcount加1，重复步骤2.2；若fcount超过指定阈值，则放宽range范围：range=[range下限-2,range上限+2]。

步骤2.3，将候选码作为下一个下标奇数的测试码，若下标奇数测试码数量达到要求即m个，进入步骤3；否则回到步骤2.2。

3、根据权利要求1所述的一种准完全最大距离随机测试方法，其特征在于：在所述的步骤3中包括：对每个下标奇数的测试码t _2i-1(1£i£m)，完全取反获得相应的下标偶数的测试码t _2i(1£i£m)，以此保证每对测试码之间获得最大海明距离。

4、根据权利要求1所述的一种准完全最大距离随机测试方法，其特征在于：将步骤3所获得的2m个中间测试码集合，一一与指定测试种子t ₀作异或运算，所获得的结果即最终测试集。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：在现有随机测试方法的基础上引进海明距离和笛卡尔距离，并且衍生出准完全最大距离的随机测试方法，减少测试开销，提高故障覆盖率。

附图说明

图1是本发明准完全最大距离随机测试方法的总流程图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图详述如下：

实施例一：

参见图1，本准完全最大距离随机测试方法测试步骤如下：

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，其特别之处如下：

所述的步骤2中包括：

步骤2.1，根据初级输入数n，计算出最佳距离为最接近n/2的偶数σ，用以选取候选码；

步骤2.2，根据选定的最佳距离σ，设置距离范围range=σ，失败次数fcount=0；随机从n位二进制测试码中选取σ个位并置1，生成与全0码的海明距离为σ的测试码作为候选码；若候选码与已生成的所有下标奇数测试码的海明距离皆在range范围之内，进入步骤2.3；否则，fcount加1，重复步骤2.2；若fcount超过指定阈值，则放宽range范围：range=[range下限-2,range上限+2]；

步骤2.3，将候选码作为下一个下标奇数的测试码，若下标奇数测试码数量达到要求即m个，进入步骤3；否则回到步骤2.2；

所述的步骤3中包括：对每个下标奇数的测试码t _2i-1(1£i£m)，完全取反获得相应的下标偶数的测试码t _2i(1£i£m)，以此保证每对测试码之间获得最大海明距离；

所述的步骤4中包括：将所获得的2m个中间测试码集合，一一与指定测试种子t ₀作异或运算，所获得的结果即最终测试集。

实施例三：

本实施例中，准完全最大距离随机测试方法基于Microsoft visual studio 2010，以C++面向对象语言为编程语言来实现。

图1所示，本结准完全最大距离随机测试方法，包括以下步骤，其特点是：

步骤1，从文本中读取电路的输入端个数n，目标测试集数量2m；

步骤2，初始化各参数，生成候选测试码，获取所有下标奇数测试码；

在所述的步骤2中包括：

步骤2.1，以全“0”为初始测试种子t ₀，计算最佳距离偶数σ，即具有σ个“1”的任意测试码与全“0”和全“1”的笛卡尔距离之和为最大。当n≠4k+2; (k, n Î N)时，σ=[n/2](取偶数)；当n=4k+2; (k, n Î N)，σ=2k。令初始寻找范围range=σ

步骤2.2，使用随机算法根据记录表移动σ/2个“1”的位置，挑选任一与已有测试码t ₁,t ₃,…,t _2i-1(1£i£m)，若候选码与已生成的所有下标奇数测试码的海明距离皆在range范围之内，进入步骤2.3；否则，fcount加1，重复步骤2.2；若fcount超过指定阈值，则放宽range范围：range=[range下限-2,range上限+2]。

步骤2.3，将候选码作为最新的下标奇数的测试码t _2i+1，若下标奇数测试码数量达到要求即m个，进入步骤3；否则回到步骤2.2。

实施例四：

本实施例与实施例三基本相同，特别之处如下：

所述输入端n=5，2m=10，初始种子{10011}。

a) 默认t ₁={00000},首先获取最佳距离σ，可得到：

σ=[n/2]=2

其中[x]表示最近接近x的偶数。因此，所有只有2个“1“的5位二进制码都符合下一个随机测试码的要求。

假设随机选取{11000}为下一个下标奇数测试码即t ₃

随机选取与t ₁和t ₃均有距离σ的候选码作为下一个测试码t ₅，如{10100}。

以此类推，直至获取所有m=5个下标奇数测试码如下

{00000},{11000},{10100},{10010},{10001};

b) 对于每一个t _2i-1(1£i£m)，完全取反获得相应的下标偶数的测试码t _2i(1£i£m)：

{11111},{00111},{01011},{01101},{01110};

这样就获得了完整的2m个中间测试码集合

c) 根据指定的种子{10011}，与所得2m个测试码异或，获得最终测试码集合如下：

{10011},{01100},{10000},{01111},{10110},{01001},{11010},{00101},{00010},{11101}.

以上对本发明：一种准完全最大距离随机测试方法，进行了详细的介绍。本文结合说明书附图和具体实施例进行阐述只是用于帮助理解本发明的方法和核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的方法和思想，在具体实施方式和应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种准完全最大距离随机测试方法，其特征在于：测试步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种准完全最大距离随机测试方法，其特征在于：所述的步骤2中包括：

3.根据权利要求1所述的一种准完全最大距离随机测试方法，其特征在于：所述的步骤3中包括：对每个下标奇数的测试码t _2i-1(1£i£m)，完全取反获得相应的下标偶数的测试码t _2i(1£i£m)，以此保证每对测试码之间获得最大海明距离。

4.根据权利要求1所述的一种准完全最大距离随机测试方法，其特征在于：所述的步骤4中包括：将所获得的2m个中间测试码集合，一一与指定测试种子t ₀作异或运算，所获得的结果即最终测试集。