CN104038233B - 基于相邻位异或运算的测试数据压缩与解压缩方法 - Google Patents

基于相邻位异或运算的测试数据压缩与解压缩方法 Download PDF

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Abstract

本发明为了应对测试数据量过大而提出了基于一种基于相邻位异或运算的测试数据压缩与解压缩方法。该方法通过相邻位异或的方法将连续01或者10序列在FDR码中分别作为一个游程的码字合并成为一个码字,这样不仅减少了划分数目,而且提高了最短游程长度,从实验结果看它能进一步提高压缩率。通过解码分析,该方法解码结构额外增加的硬件开销不大,并且与被测试电路无关。因此该方法具有极好的压缩率硬件开销比。

Description

基于相邻位异或运算的测试数据压缩与解压缩方法
技术领域
本发明涉及机场电路测试方法,具体涉及一种测试数据压缩与解压缩方法。
背景技术
伴随着集成电路技术蓬勃发展而来的是对SoC测试的数据量急剧增加,测试数据急剧增加会导致ATE的存储容量和传输带宽就会成为测试的瓶颈。测试数据压缩技术是通过对原始测试集进行压缩,减少了需要存储和传输的数据量,因此它是解决这一问题的非常有效的方法。
基于游程的编码方法是测试数据压缩技术性价比非常高的一类,它以较小的硬件开销换来比较高的压缩率,Golomb编码、FDR编码及AFR编码等都是基于游程的编码,国内梁华国提出的交替和连续长度编码、韩银和等提出的Variable-Tail编码、彭喜元等提出的变游程编码、詹文法等提出的混合定变长码等也都是基于游程的编码。其中Golomb码和FDR码仅对0游程进行编码,并未对连续的1进行编码,因此对未差分的测试向量压缩率不高;AFR码同时对0游程和1游程编码,因此其压缩率比Golomb码和FDR码有所提高;交替和连续长度编码对交替序列和连续序列交替进行编码,若同时出现交替序列或者连续序列则在它们之间插入分隔符,因此编码方法不够灵活;混合定变长码编码前缀长度是参数k确定,一旦k确定了,所有组前缀长度即确定,而为了获取更好的压缩率就必须反复实验确定k的值。因此基于游程的编码技术中若充分考虑01或者10序列并给出可靠的解决方案,均能在不明显增加解码硬件开销的前提下进一步提高压缩率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于相邻位异或运算的测试数据压缩与解压缩方法,可以减少需要编码的游程数量;可以增加最短可编码的游程长度,从而达到在不额外增加解码电路硬件开销的前提下进一步提高压缩率。
为解决上述技术问题,本发明的基于相邻位异或运算的测试数据压缩与解压缩方法,包括以下步骤:
A、构建码表;
所述的码表包括以下字段:以L表示的游程长度、以k表示的组号、组前缀、组后缀、由组前缀和组后缀组合而成的游程长度对应的码字,码表中的记录按照游程长度递增排列并编组;
第k组包括2k+1条记录;
在第k组的前半组,组前缀以长度为k的0游程对应的编码表示;在第k组的前半组,组后缀由最小的k位二进制数至最大的k位二进制数依次排列;在第k组的后半组,组前缀以长度为k的1游程对应的编码表示;在第k组的后半组,组后缀同样由最小的k位二进制数至最大的k位二进制数依次排列。
B、编码步骤
(1)将所有测试立方首尾相连,形成数据流;
(2)i=0;
(3)以当前点i作为起点,获取最长能取得的0游程,将结果存储到res[0]中,并记录终点位置到pos[0]中;
(4)以当前点i作为起点,获取最长能取得的1游程,将结果存储到res[1]中,并记录终点位置到pos[1]中;
(5)以当前点i作为起点,获取最长能取得的01序列,将结果存储到res[2]中,并记录终点位置到pos[2]中;
(6)以当前点i作为起点,获取最长能取得的10序列,将结果存储到res[3]中,并记录终点位置到pos[3]中;
(7)取pos数组最大值所对应下标index;
(8)异或运算:
判定res[index]类型,若为10起始的序列或0游程,则在其前添加一位默认值0;若为01起始的序列或1游程则在其前添加一位默认值1;记录该默认值为c1;
将res[index]相邻位异或得到0或者1游程,记录游程类型为c2并记录游程长度为L;
(9)通过游程长度L査A步骤所构建的码表获取对应码字;
(10)输出游程类型c2、添加的默认位c1和码字得到一字符串;
(11)将i置为pos[index]+1;
(12)重复3-11直到数据编码完成。
C、将上述步骤所得数据编码输入被测电路。
D、解码步骤:
①被测芯片的解码器读取一个二进制数,作为游程类型代码c2;
②继续读取一个二进制数,作为字符串类型代码c1;
③读取一个0游程或1游程作为组前缀,根据得到的组前缀确定组后缀的位数,并读取组后缀,将1和组前缀起始位以及组后缀组成一个二进制数,将该二进制数转换为对应的十进制数,再减2后得到当前目标游程的长度L;
④根据读取的c2 、c1和L输出一段目标代码;步骤:
若c2=0且c1=0,则输出一个长度为L的0游程;
若c2=0且c1=1,则输出一个长度为L的1游程;
若c2=1且c1=0,则输出一个长度为L的10序列;
若c2=1且c1=1,则输出一个长度为L的01序列;
⑤重复上述①-③步骤直到解码完成,还原得到完整的数据流。
上述方法通过相邻位的异或运算,一方面可以减少需要编码的游程数量;另一方面可以增加最短可编码的游程长度,即可编码的游程长度由传统的0变成2,从而达到在不额外增加解码电路硬件开销的前提下进一步提高压缩率。实验结果也能说明本方法具有极高的数据压缩率。
优选的,本发明提出了一种解码器的具体实现方法。
所述的解码器由一个FSM(有限状态机)、一个k+2位计数器、一个log2(k+2)位计数器和一个异或门构成。
解码步骤包括:
(1)初始化 en=1;
(2)FSM读入1位,将其输出给f,表示游程类型;
(3)FSM读入1位,将其输出给t;
(4)FSM接收编码的组前缀并将组前缀首位移入到k+2位计数器;每接收1位组前缀,inc加1。
(5)将组后缀移入至k+2位计数器,dec2=1,表示每进入一位log2(k+2)位计数器减1,直到log2(k+2)位计数器减为1;
(6)k+2位计数器进行减1操作。k+2位计数器每减1,f值不变,输出t值为f与t异或结果,v=1,直到k+2位计数器减为2;
(7)将t与f异或得到最终输出out;
(8)t=0时输出非f,t=1时继续输出上一个f;
(9)重复2-8直到解码结束。
该解码器结构简单,独立于被测电路且大小可变,可以按照本发明的基本思路完成数据解码。
附图说明
图1 演示了如何使用本发明的基于相邻位异或运算的测试数据压缩与解压缩方法对某个给定测试集编码。
图1(a)给出了一个确定测试集,根据本发明给出的码方法进行编码后结果如图1(b)所示。
图2是本发明的基于相邻位异或运算的测试数据压缩与解压缩方法所提供的解码器的解压电路框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
定义:
0游程指由若干个连续0组成并以一个1结尾的字符串,0的个数至少为1,该0游程的长度L指字符串中0的个数。
1游程指由若干个连续1组成并以一个0结尾的字符串,1的个数至少为1,该1游程的长度L指字符串中1的个数。
01序列是指起始为0且0/1交替出现并以最后两位相同的方式结尾的字符串序列;该01序列的长度L指不包含最后一位在内的字符串的长度;
由上述对01序列的定义可知,01序列的长度L若为偶数,则其结尾必然是两个1,例如01011、0101011;01序列的长度L若为奇数,则其结尾必然是两个0,例如0100、010100;因而在知道01序列长度L的前提下,其编码是唯一的。
10序列是指起始为1且0/1交替出现并以最后两位相同的方式结尾的字符串序列;该10序列的长度L指不包含最后一位在内的字符串的长度;
由上述对10序列的定义可知, 10序列的长度L若为偶数,则其结尾必然是两个0,例如100、10100; 10序列的长度L若为奇数,则其结尾必然是两个1,例如1011、101011;因而在知道10序列长度L的前提下,其编码是唯一的。
本发明的基于相邻位异或运算的测试数据压缩与解压缩方法,包括以下步骤:
A、构建码表;
所述的码表包括以下字段:以L表示的游程长度、以k表示的组号、组前缀、组后缀、由组前缀和组后缀组合而成的游程长度对应的码字,码表中的记录按照游程长度递增排列并编组;
第k组包括2k+1条记录;
在第k组的前半组,组前缀以长度为k的0游程对应的编码表示;在第k组的前半组,组后缀由最小的k位二进制数至最大的k位二进制数依次排列;在第k组的后半组,组前缀以长度为k的1游程对应的编码表示;在第k组的后半组,组后缀同样由最小的k位二进制数至最大的k位二进制数依次排列。
依照上述方法所构建的码表如下表所示:
根据游程长度L,可以通过简单计算得到组前缀与组后缀并得到编码;而本发明中以码表的形式来将计算结果存储,其目的是减少芯片测试过程中的计算开销。依此方法构建码表,码表所需组数K可由表示游程最长长度L计算得到,具体计算公式:K=
B、编码步骤;
(1)将所有测试立方首尾相连,形成数据流;
(2)i=0;
(3)以当前点i作为起点,获取最长能取得的0游程,将结果存储到res[0]中,并记录终点位置到pos[0]中;
(4)以当前点i作为起点,获取最长能取得的1游程,将结果存储到res[1]中,并记录终点位置到pos[1]中;
(5)以当前点i作为起点,获取最长能取得的01序列,将结果存储到res[2]中,并记录终点位置到pos[2]中;
(6)以当前点i作为起点,获取最长能取得的10序列,将结果存储到res[3]中,并记录终点位置到pos[3]中;
(7)取pos数组最大值所对应下标index;
(8)异或运算:
判定res[index]类型,若为10起始的序列或0游程,则在其前添加一位默认值0;若为01起始的序列或1游程则在其前添加一位默认值1;记录该默认值为c1;
将res[index]相邻位异或得到0或者1游程,记录游程类型为c2并记录游程长度为L;
(9)通过游程长度L査A步骤所构建的码表获取对应码字;
(10)输出游程类型c2、添加的默认位c1和码字得到一字符串;
(11)将i置为pos[index]+1;
(12)重复3-11直到数据编码完成。
如图1可见,对于一个如图1(a)所示的确定测试集,给出本发明编码方法对应代码字,如图1(b)所示。
C、将上述步骤所得数据编码输入被测电路;
特殊情况的处理:在具体芯片测试过程中,对于测试集的结尾,可能出现不能构成游程、也不能构成序列的情形,例如结尾为若干个连续的0、若干个连续的1等情形,此时该数据不能以一个游程被编码程序读取。为解决此问题,可在所获得的编码后面加上一个无关位让其满足编码需要,例如加上一个游程结束标志,让其构成一个游程。例如最后得到的结果是111111,则在其后添加1位0,变成1111110;例如得到得到的结果是00000,则添加1位1,得到000001。经过处理后,测试集的结尾也能被编码。在后续的解码步骤,能够解码得到原始的结尾数据以及附加的游程结束标志,而在芯片测试过程中,对测试集数据长度是有要求的,因而在读取测试数据时,最后附加的游程结束标志不被读入,因而不影响测试结果。
D、解码步骤;
①被测芯片的解码器读取一个二进制数,作为游程类型代码c2;
②继续读取一个二进制数,作为字符串类型代码c1;
③读取一个0游程或1游程作为组前缀,根据得到的组前缀确定组后缀的位数,并读取组后缀,将1和组前缀起始位以及组后缀组成一个二进制数,将该二进制数转换为对应的十进制数,再减2后得到当前目标游程的长度L;
本步骤中,根据得到的组前缀可以唯一的确定组后缀的位数,根据组前缀、组后缀可以唯一的得到目标游程长度L;具体实现方法很多,例如使用查表的方法反查步骤A中的码表,但本发明通过码表规则的总结,提出了上述方法,可以极大地节省硬件开销;
④根据读取的c2 、c1和L输出一段目标代码;具体方法:
若c2=0且c1=0,则输出一个长度为L的0游程;根据前述的定义,也就是输出一个由L个0和一个1组成的字符串;
若c2=0且c1=1,则输出一个长度为L的1游程;根据前述的定义,也就是输出一个由L个1和一个0组成的字符串;
若c2=1且c1=0,则输出一个长度为L的10序列,也就是输出一个L+1位数据流;根据前述的定义,要考虑L的奇偶因素。若L为奇数,先输出一个总长度为L的字符串,该字符串以1开始,0/1交替出现,并在字符串末尾补一个1,数据流总长度L+1位;若L为偶数,输出一个总长度为L的字符串,该字符串以1开始,0/1交替出现,并在字符串末尾补一个0,数据流总长度L+1位;
若c2=1且c1=1,则输出一个长度为L的01序列,也就是说要输出一个L+1位数据流;根据前述的定义,同样要考虑L的奇偶因素。若L为奇数,输出一个总长度为L的字符串,该字符串以0开始,0/1交替出现,并在字符串末尾补一个0;若L为偶数,输出一个总长度为L的字符串,该字符串以0开始,0/1交替出现,并在字符串末尾补一个1;
⑤重复上述①-③步骤直到解码完成,还原得到完整的数据流;
依据上述基本思路,本领域技术人员可以多种方法来完成数据编码与解码;
以下给出一种解码器的具体实现方法;
从表1可以看出游程的长度i可通过将1+组前缀起始位+所有组后缀组成的二进制数换算为十进制再减2即得到,即i=(1Xt)2-2,其中X为对应编码组前缀起始位。如游程长度i=6,对应的码字为00101,(1000)2-2=8-2=6,游程长度i=10,对应的码字为11000, (1100)2-2=12-2=10。因此可以使用一个特殊的k+2位计数器控制输出序列的长度。该计数器的初值置为1,当编码输入时,将1和组前缀起始位以及组后缀依次向高位移位得到一个k+2位二进制数。通过该计数器减1操作控制输出序列的长度,直到该计数器的值为十进制2(二进制10时)输出结束。而序列的具体形式是连续0、连续1、01交替还是10交替则由输入的游程类型以及起始处添加的默认位来确定。
如图2所示,所述的解码器由一个FSM(有限状态机)、一个k+2位计数器、一个log2(k+2)位计数器和一个异或门构成。其中的信号名称及其对应功能描述见表2。
下面结合图2介绍本方法解码基本过程。
(1)初始化 en=1;
(2)FSM读入1位,将其输出给f,表示游程类型;
(3)FSM读入1位,将其输出给t;
(4)FSM接收编码的组前缀并将组前缀首位移入到k+2位计数器;每接收1位组前缀,inc加1;
(5)将尾部移入至k+2位计数器,dec2=1,表示每进入一位log2(k+2)位计数器减1,直到log2(k+2)位计数器减为1;
(6)k+2位计数器进行减1操作。k+2位计数器每减1,f值不变,输出t值为f与t异或结果,v=1,直到k+2位计数器减为2;
(7)将t与f异或得到最终输出out;
(8)t=0时输出非f,t=1时继续输出上一个f;
(9)重复2-8直到解码结束。
本发明的实验结果
为了比较和验证,我们也将本方法应用到ISCAS-89 标准电路中六个规模较大的电路,同样采用Mintest ATPG预先计算的测试集。
首先比较我们的方法与FDR以及EFDR从划分数目方面进行比较,如表3。第一列是电路名称,第二列是我们的方法划分数,第三列是FDR的划分数,第四列是EFDR的划分数。
从表3可以看出本方法的划分数要远少于其它两种方法,因此它能进一步提高压缩率。具体各种方法压缩率比较见表4,其中第一列是电路名称,第二列是该电路原始大小,第三列是Golomb码压缩效果,第4列是FDR码压缩效果。
从表4可以看出本发明方法与Golomb码压缩效果平均差是14.60%,比交替连接长度码压缩效果也提高了3.65%。基于异或的测试数据压缩方法要好于其它方法,分析原因有两:(1)减少了划分数目;(2)提高了最短游程长度。
本发明为了应对测试数据量过大而提出了基于一种基于相邻位异或运算的测试数据压缩与解压缩方法。该方法通过相邻位异或的方法将连续01或者10序列在FDR码中分别作为一个游程的码字合并成为一个码字,这样不仅减少了划分数目,而且提高了最短游程长度,从实验结果看它能进一步提高压缩率。通过解码分析,该方法解码结构额外增加的硬件开销不大,并且与被测试电路无关。因此该方法具有极好的压缩率硬件开销比。

Claims (3)

1.一种基于相邻位异或运算的测试数据压缩与解压缩方法,包括以下步骤:
A、构建码表;
所述的码表包括以下字段:以L表示的游程长度、以k表示的组号、组前缀、组后缀、由组前缀和组后缀组合而成的游程长度对应的码字,码表中的记录按照游程长度递增排列并编组;
第k组包括2k+1条记录;
在第k组的前半组,组前缀以长度为k的0游程对应的编码表示;在第k组的前半组,组后缀由最小的k位二进制数至最大的k位二进制数依次排列;在第k组的后半组,组前缀以长度为k的1游程对应的编码表示;在第k组的后半组,组后缀同样由最小的k位二进制数至最大的k位二进制数依次排列;
B、编码步骤
(1)将所有测试立方首尾相连,形成数据流;
(2)i=0;
(3)以当前点i作为起点,获取最长能取得的0游程,将结果存储到res[0]中,并记录终点位置到pos[0]中;
(4)以当前点i作为起点,获取最长能取得的1游程,将结果存储到res[1]中,并记录终点位置到pos[1]中;
(5)以当前点i作为起点,获取最长能取得的01序列,将结果存储到res[2]中,并记录终点位置到pos[2]中;
01 序列是指起始为0 且0/1 交替出现并以最后两位相同的方式结尾的字符串序列;该01 序列的长度指不包含最后一位在内的字符串的长度;
(6)以当前点i作为起点,获取最长能取得的10序列,将结果存储到res[3]中,并记录终点位置到pos[3]中;
10 序列是指起始为1 且0/1 交替出现并以最后两位相同的方式结尾的字符串序列;该10 序列的长度指不包含最后一位在内的字符串的长度;
(7)取pos数组最大值所对应下标index;
(8)异或运算:
判定res[index]类型,若为10起始的序列或0游程,则在其前添加一位默认值0;若为01起始的序列或1游程则在其前添加一位默认值1;记录该默认值为c1’;
将res[index]相邻位异或得到0或者1游程,记录游程类型为c2并记录游程长度为L;
(9)通过游程长度L査A步骤所构建的码表获取对应码字;
(10)输出游程类型c2、添加的默认位c1’和码字得到一字符串;
(11)将i置为pos[index]+1;
(12)重复(3)-(11)直到数据编码完成;
C、将上述步骤所得数据编码输入被测电路;
D、解码步骤:
①被测芯片的解码器读取一个二进制数,作为游程类型代码c2;
②继续读取一个二进制数,作为字符串类型代码c1;
③读取一个0游程或1游程作为组前缀,根据得到的组前缀确定组后缀的位数,并读取组后缀,根据由组前缀和组后缀所组成的码字查表得到游程的长度L;
④根据c2确定的类型输出一个长度为L的中间游程;根据c1和中间游程计算得到一段目标代码;步骤:
若c2=0且c1=0,则输出一个长度为L的0游程;
若c2=0且c1=1,则输出一个长度为L的1游程;
若c2=1且c1=0,则输出一个长度为L的10序列;
若c2=1且c1=1,则输出一个长度为L的01序列;
⑤重复上述①-④步骤直到解码完成,还原得到完整的数据流。
2.如权利要求1所述的基于相邻位异或运算的测试数据压缩与解压缩方法,其特征在于:所述的解码器由一个FSM(有限状态机)、一个k+2位计数器、一个log2(k+2)位计数器和一个异或门构成。
3.如权利要求1所述的基于相邻位异或运算的测试数据压缩与解压缩方法,其特征在于:解码步骤包括:
(1)初始化使能端 en=1;
(2)FSM读入1位,将其输出给游程标志位f,f表示游程类型;
(3)FSM读入1位,将其输出给当前期望值标志t;
(4)FSM接收编码的前缀并将前缀首位移入到k+2位计数器;每接收1位前缀,inc加1;inc是计数器 的加1操作的控制参数;
(5)将尾部移入至k+2位计数器,dec2=1,表示每进入一位log2(k+2)位计数器减1,直到log2(k+2)位计数器减为1;dec2是计数器 的减1操作的控制参数;
(6)k+2位计数器进行减1操作。k+2位计数器每减1,f值不变,输出t值为f与t异或结果,v=1,直到k+2位计数器减为2;
(7)将t与f异或得到最终输出out;
(8)t=0时输出非f,t=1时继续输出上一个f;
(9)重复(2)-(8)直到解码结束。
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