CN106844126B - 一种航天器用数字硬ip核功能及性能评测方法 - Google Patents

一种航天器用数字硬ip核功能及性能评测方法 Download PDF

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Abstract

一种航天器用数字硬IP核功能及性能评测方法。本发明评测方法解决了空间辐射环境和航天器高可靠应用条件下的硬IP核功能及性能评测难题，具有操作简便、自动化程度高、评测效率高等特点，减少了评测的操作环节，提高了评测的可操作性。本发明方法对硬IP核进行仿真和试验相结合的评测方式，充分保证了其空间环境下的可靠性与适应性，具有评测更为充分的优点。

Description

一种航天器用数字硬IP核功能及性能评测方法
技术领域
本发明涉及一种航天器用数字硬IP核功能及性能评测方法。
背景技术
IP核是构成超大规模集成电路的基本单元，SoC甚至可以定义为基于IP核的复用技术。硬IP核是指已经映射到一个指定的工艺中，被投片测试验证，具有在面积和性能方面更能预测的优点，但是灵活性小、可移植性差。将不同供应商的IP集成到一个芯片上会带来很多问题，通常会出现：IP核的接口与系统的总线接口不匹配；使用不同层次的IP导致逻辑和时序的不可预知性、在SoC集成过程中不同IP的成熟度、可靠性水平不一等问题。为了保证宇航IP核的功能、性能、可靠性与复用性，需要对IP核的特征和属性进行测量和评估。
国内已经发布的军用硬IP核评测规范对IP核交付内容进行了规范，提出了IP核的质量要求，考虑了军用IP核高可靠性要求的特点。但是航天器用IP核对于可靠性的要求更高，成熟的IP核除需经过测试验证和应用验证外，还需经总剂量和单粒子等辐射环境适应性试验验证，目前已发布的硬IP核评测规范无法满足宇航应用需求。
申请号为CN201010100256.1，名称为《规范化IP核评测方法和系统》的专利公开了一种规范化IP核评测方法及系统，该方法对于硬核IP，以国家IP核标准为依据，用分值表示硬核交付项的各质量的度量项的重要程度，将所有质量的度量项的评测分值求和，这种方法主要评测的是商用IP核，并不能用于航天器用硬核IP功能及性能评测。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种针对航天器用数字硬IP核的功能及性能评测方法，可解决空间辐射环境和航天器高可靠应用条件下的硬核IP功能及性能评测难题，同时还具有操作简便、评测效率高等特点，提高了评测的可操作性及充分性。
本发明的技术解决方案是：一种航天器用数字硬IP核功能及性能评测方法，包括如下步骤：
(1)获取硬IP核包括全版图寄生电路参数的电路门级网表，然后根据全版图寄生电路参数的电路门级网表构建覆盖硬IP核所有功能的测试向量；
(2)令硬IP核仿真执行步骤(1)得到的所有测试向量获得实际仿真结果，然后获取各个测试向量对应的预期功能波形，将各个测试向量的实际仿真结果与预期功能波形进行比对，如果两者一致，则判定硬IP核功能正确，否则判定硬IP核功能不正确；
(3)统计步骤(2)中对比正确的功能数，进而计算得到硬IP核对比正确的功能数与所有功能数的比值，如果比值为1，则判定硬IP核功能验证充分，否则判定硬IP核功能验证不充分；
(4)获取硬IP核标定的工艺信息，然后根据工艺信息将硬IP核进行流片和封装；
(5)利用ATE测试机台在电压拉偏10％条件下完成硬IP核的功能测试，得到硬IP核功能实际测试结果，然后将实际测试结果与预期功能波形进行比对，如果两者一致，则判定硬IP核硅形态验证条件下功能正确，否则判定硬IP核硅形态验证条件下功能不正确；
(6)利用ATE测试机台在电压拉偏10％条件下完成硬IP核的直流电源电压、输入漏电流、三态输出漏电流、输出普通管脚驱动测试，然后将实际测试结果与预期电性能参数进行比对，如果实际测试结果在预期电性能参数范围内，则判定硬IP核硅形态验证条件下性能正确，否则判定硬IP核硅形态验证条件下性能不正确；
(7)利用老炼测试机台对硬IP核进行动态老炼和静态老炼试验，然后将实际测试结果与预期电性能参数进行比对，如果实际测试结果在预期电性能参数范围内，则判定硬IP核的老炼结果正确，否则判定硬IP核的老炼结果不正确；
(8)利用寿命测试机台进行硬IP核寿命考核试验，然后将实际测试结果与预期电性能参数进行比对，如果实际测试结果在预期电性能参数范围内，则判定硬IP核的寿命指标正确，否则判定硬IP核的寿命指标不正确；
(9)利用ESD测试和闩锁测试机台对硬IP核进行抗静电试验和抗闩锁试验，然后将实际测试结果与预期抗静电指标和抗闩锁指标进行比对，如果两者一致，则判定硬IP核的ESD和闩锁指标正确，否则判定硬IP核的ESD和闩锁指标不正确；
(10)对硬IP核进行电离总剂量辐照试验并判断，如果电离总剂量辐照试验后硬IP核功能错误或性能指标异常，则判定IP核电离总剂量辐照试验不通过，否则判定IP核电离总剂量辐照试验通过，对硬IP核进行单粒子效应辐照试验并判断，如单粒子效应试验后硬IP核单粒子翻转或超过锁定阈值，则判定IP核单粒子辐照试验不通过，否则判定IP核单粒子辐照试验通过。
所述的步骤(5)中利用ATE测试机台在电压拉偏10％条件下完成硬IP核的功能测试的温度包括125℃、-55℃、25℃。
所述的步骤(6)中利用ATE测试机台在电压拉偏10％条件下完成硬IP核直流电源电压、输入漏电流、三态输出漏电流、输出普通管脚驱动测试的温度包括125℃、-55℃、25℃。
所述的步骤(7)中的动态老炼试验为168小时，静态老炼试验为72小时。
所述的步骤(8)中的利用寿命测试机台进行硬IP核寿命考核试验的温度为125℃。完成硬IP核2000小时寿命考核试验；或提供相同工艺基线下4000小时的寿命考核试验数据；将实际测试结果或相同工艺基线下4000小时寿命考核试验数据与理论预期结果进行比对，当两者一致时判定硬IP核的寿命指标正确，当两者不一致时判定硬IP核的寿命指标不正确，然后进入下一步；
所述的步骤(8)中的利用寿命测试机台进行硬IP核寿命考核试验的时间为2000小时或者4000小时。
所述的步骤(9)中利用ESD测试和闩锁测试机台对硬IP核进行抗静电试验的电压为2000V。
所述的步骤(9)中利用ESD测试和闩锁测试机台对硬IP核进行抗闩锁试验的电流为200mA。
所述的步骤(10)中进行电离总剂量辐照试验为利用钴-60射线完成。
所述的所述的步骤(10)中进行单粒子效应辐照试验为利用重离子加速器完成。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明方法对硬IP核进行仿真和试验相结合的评测方式，充分保证了其空间环境下的可靠性与适应性，，具体评测更为充分的优点；
(2)本发明通过对硬IP核进行100％覆盖率的后仿真功能验证，解决了硬IP核在设计阶段可靠性评测不充分的问题；
(3)本发明通过硅形态验证、老炼、寿命、ESD和闩锁、辐照试验等评测手段，充分保证了硬IP核在系统集成环境下的可靠性。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
具体实施方式
本发明针对现有技术的不足，提出一种针对航天器用数字硬IP核的功能及性能评测方法，可解决空间辐射环境和航天器高可靠应用条件下的硬核IP功能及性能评测难题，同时还具有操作简便、评测效率高等特点，提高了评测的可操作性及充分性，下面结合附图对本发明方法进行详细说明。
如图1所示为本发明方法的流程图，本发明方法主要步骤如下：
步骤1：对硬IP核进行后仿真分析。
步骤1.1：建立IP验证平台(testbench)。Testbench包含验证平台顶层文件system.v和测试向量列表Vector.v两个文件。system.v中包含待测模块例化、测试向量引用、激励施加和输出监测功能。Vector.v用于产生测试用的激励，激励需要覆盖硬IP核的所有功能，共包含测试语句N条(N≥1)。
Testbench里面不但有测试输入的向量而且还有其对应输出的正确波形结果，通过向待测模块施加N条测试语句，输出和testbench里面的正确波形结果进行比较，如果结果不正确，则输出ERROR，判定硬IP核功能不正确。
步骤1.2：创建模拟脚本。创建仿真命令脚本用以完成验证环境的配置。
在UNIX系统下使用bash语言设置Debussy、vcs、modelsim、Verilog XL等电子自动化(EDA)仿真工具的环境变量，包括建立仿真工作目录、编译硬IP核代码和设置运行仿真工具命令，以实现EDA仿真工具调入Testbench进行仿真验证。
步骤1.3：硬IP核电路门级网表导入验证平台。
步骤1.4：执行后仿真。执行模拟脚本中的仿真工具运行命令runsim-anno，将Testbench和电路门级网表调入到EDA仿真工具中，并在EDA仿真工具中执行后仿真验证。在不同电压和温度组合下运行N条测试语句，遍历所有N条输入测试向量后，验证硬IP核各独立模块的功能正确性、模块在系统中接口功能正确性、以及硬IP核整体功能正确性。如功能覆盖率未达到100％，则判定硬IP核后仿真验证不充分。
步骤1.5：模拟结果输出。仿真记录与结果文件为verilog.log，该文件详细记录了硬IP验证过程中每一个测试语句的结果信息。验证过程中屏幕会打印中间运行结果，也可以在当前目录打开veilog.log文件，查看验证结果。
步骤1.6：功能覆盖率分析：查看verilog.log仿真记录文件中已测试功能条目，根据公式(1)计算功能覆盖率分析结果，如功能覆盖率未达到100％，则判定硬IP核功能验证不充分。
功能覆盖率＝已测试功能/硬IP核定义功能 (1)
步骤2：硅形态验证。
步骤2.1：选取硬IP核标定的工艺信息进行流片，将流片后的硬IP核晶圆进行封装。
步骤2.2：通过ATE(Automatic Test Equipment)测试机台，进行电压拉偏10％条件下，硬IP核在125℃、-55℃、25℃状态下的功能测试，如测试过程中出现测试结果与硬IP核手册中给定的波形图不一致，则判定硬IP核功能不正确。
步骤2.3：通过ATE测试机台，进行电压拉偏10％条件下，硬IP核在125℃、-55℃、25℃状态下的直流电源电压、输入漏电流、三态输出漏电流、输出普通管脚驱动、交流参数等性能测试。如测试过程中出现性能参数超过硬IP核手册规定值，则判定硬IP核性能不正确。
步骤3：老炼试验。利用老炼测试机台，完成硬IP核168小时动态老炼和72小时静态老炼试验。如测试过程中出现功能或性能参数超过硬IP核手册规定值，则判定硬IP核可靠性差。
步骤4：寿命试验。利用寿命测试机台，125℃条件下，完成硬IP核2000小时寿命考核试验；或提供相同工艺基线下4000小时的寿命考核试验数据。如测试过程中出现功能或性能参数超过硬IP核手册规定值、或所提供相同工艺基线下4000小时的寿命考核试验数据超过硬IP核手册规定值，则判定硬IP核寿命无法满足宇航应用要求。
步骤5：ESD和闩锁试验。利用ESD和闩锁测试机台，对硬IP核进行2000V抗静电试验和200mA抗闩锁试验；如测试过程中出现ESD指标或闩锁指标无法达到2000V或200mA，则判定硬IP核ESD和闩锁指标无法满足宇航应用要求。
步骤6：辐照试验。
步骤6.1：利用钴-60射线进行电离总剂量辐照试验。电离总剂量辐照试验后出现IP核功能错误或性能指标超过硬IP核手册规定值，则判定IP核电离总剂量辐照试验不通过。
步骤6.2：利用重离子加速器进行单粒子效应辐照试验。如单粒子效应试验后出现超过IP核手册规定的单粒子翻转和锁定阈值，则判定IP核单粒子辐照试验不通过。
实施例
下面以Digital Down Converter(以下简称DDC)硬IP核为例对本发明方法进行进一步说明。
(1)DDC IP核的Testbench包含验证平台顶层文件system.v和测试向量列表Vector.v两个文件。system.v中包含DDC IP模块例化、测试向量(key1、key2、key3)引用、激励施加和输出监测功能。Vector.v用于产生测试用的激励，包含key1、key2、key3共三条测试语句。通过向DDC IP例化模块施加key1、key2、key3共三条测试语句，输出结果和测试向量的DDC out进行比较，如果key1、key2、key3任意一条测试语句与DDC out结果不一致，则输出ERROR，判定IP核功能不正确。
设置synopsys公司的vcs仿真工具变量。进入DDC/prune/ts目录，执行runsim命令运行DDC IP核电路门级级验证。验证过程中屏幕会打印中间运行结果和最终结果，也可以在当前目录，开veilog.log文件，查看验证结果。
(2)在测试功能覆盖率时所使用的工具为synopsys公司的VCS。在VCS仿真工具下遍历key1、key2、key3共三条测试语句，获得DDC IP核的功能覆盖率结果。在VCS仿真工具下不但可以得到关于功能覆盖率的详细的文本报告，也可以通过运行VCS下的图形交互界面得到比较直观的关于功能覆盖率的表格，同样也可以知道是具体的哪条源代码没有被执行到。如果功能覆盖率低于100％，判定IP核功能验证不充分。
(3)DDC IP核流片采用SMIC 0.18微米工艺，封装采用陶瓷CQFP68封装。采用美国泰瑞达J750EX测试机台，进行3.6V电压条件下，硬IP核在125℃、-55℃、25℃状态下的功能测试，如测试过程中出现功能错误，则判定硬IP核功能不正确。采用美国泰瑞达J750EX测试机台，进行3.6V电压条件下，硬IP核在125℃、-55℃、25℃状态下的直流电源电压、输入漏电流、三态输出漏电流、输出普通管脚驱动、交流参数等性能测试。如测试过程中出现性能参数超过硬IP核手册规定值，则判定硬IP核性能不正确。
(4)采用美国AEHR公司MAX3高温老炼系统，完成DDC IP核168小时动态老炼和72小时静态老炼试验。如测试过程中出现功能或性能参数超过硬IP核手册规定值，则判定硬IP核可靠性差。
(5)采用美国AEHR公司MAX4寿命试验系统，125℃条件下，完成硬IP核2000小时寿命考核试验。如测试过程中出现功能或性能参数超过硬IP核手册规定值、或所提供相同工艺基线下4000小时的寿命考核试验数据超过硬IP核手册规定值，则判定硬IP核寿命无法满足宇航应用要求。
(6)采用满足IEC61000-4-2和GB/T17626.2标准的ESD和闩锁试验系统，对硬IP核进行2000V抗静电试验和200mA抗闩锁试验；如测试过程中出现ESD指标或闩锁指标无法达到2000V或200mA，则判定硬IP核ESD和闩锁指标无法满足宇航应用要求。
(7)利用钴-60射线进行电离总剂量辐照试验，电离总剂量辐照试验后出现IP核功能错误或性能指标超过硬IP核手册规定值，则判定IP核电离总剂量辐照试验不通过。利用重离子加速器进行单粒子效应辐照试验，如单粒子效应试验后出现超过IP核手册规定的单粒子翻转和锁定阈值，则判定IP核单粒子辐照试验不通过。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种航天器用数字硬IP核功能及性能评测方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)获取硬IP核包括全版图寄生电路参数的电路门级网表，然后根据全版图寄生电路参数的电路门级网表构建覆盖硬IP核所有功能的测试向量；
(2)令硬IP核仿真执行步骤(1)得到的所有测试向量获得实际仿真结果，然后获取各个测试向量对应的预期功能波形，将各个测试向量的实际仿真结果与预期功能波形进行比对，如果两者一致，则判定硬IP核功能正确，否则判定硬IP核功能不正确；
(3)统计步骤(2)中对比正确的功能数，进而计算得到硬IP核对比正确的功能数与所有功能数的比值，如果比值为1，则判定硬IP核功能验证充分，否则判定硬IP核功能验证不充分；
(4)获取硬IP核标定的工艺信息，然后根据工艺信息将硬IP核进行流片和封装；
(5)利用ATE测试机台在电压拉偏10％条件下完成硬IP核的功能测试，得到硬IP核功能实际测试结果，然后将实际测试结果与预期功能波形进行比对，如果两者一致，则判定硬IP核硅形态验证条件下功能正确，否则判定硬IP核硅形态验证条件下功能不正确；
(6)利用ATE测试机台在电压拉偏10％条件下完成硬IP核的直流电源电压、输入漏电流、三态输出漏电流、输出普通管脚驱动测试，然后将实际测试结果与预期电性能参数进行比对，如果实际测试结果在预期电性能参数范围内，则判定硬IP核硅形态验证条件下性能正确，否则判定硬IP核硅形态验证条件下性能不正确；
(7)利用老炼测试机台对硬IP核进行动态老炼和静态老炼试验，然后将实际测试结果与预期电性能参数进行比对，如果实际测试结果在预期电性能参数范围内，则判定硬IP核的老炼结果正确，否则判定硬IP核的老炼结果不正确；
(8)利用寿命测试机台进行硬IP核寿命考核试验，然后将实际测试结果与预期电性能参数进行比对，如果实际测试结果在预期电性能参数范围内，则判定硬IP核的寿命指标正确，否则判定硬IP核的寿命指标不正确；
(9)利用ESD测试和闩锁测试机台对硬IP核进行抗静电试验和抗闩锁试验，然后将实际测试结果与预期抗静电指标和抗闩锁指标进行比对，如果两者一致，则判定硬IP核的ESD和闩锁指标正确，否则判定硬IP核的ESD和闩锁指标不正确；
(10)对硬IP核进行电离总剂量辐照试验并判断，如果电离总剂量辐照试验后硬IP核功能错误或性能指标异常，则判定IP核电离总剂量辐照试验不通过，否则判定IP核电离总剂量辐照试验通过，对硬IP核进行单粒子效应辐照试验并判断，如单粒子效应试验后硬IP核单粒子翻转或超过锁定阈值，则判定IP核单粒子辐照试验不通过，否则判定IP核单粒子辐照试验通过。
2.根据权利要求1所述的一种航天器用数字硬IP核功能及性能评测方法，其特征在于：所述的步骤(5)中利用ATE测试机台在电压拉偏10％条件下完成硬IP核的功能测试的温度包括125℃、-55℃、25℃。
3.根据权利要求1或2所述的一种航天器用数字硬IP核功能及性能评测方法，其特征在于：所述的步骤(6)中利用ATE测试机台在电压拉偏10％条件下完成硬IP核直流电源电压、输入漏电流、三态输出漏电流、输出普通管脚驱动测试的温度包括125℃、-55℃、25℃。
4.根据权利要求1或2所述的一种航天器用数字硬IP核功能及性能评测方法，其特征在于：所述的步骤(7)中的动态老炼试验为168小时，静态老炼试验为72小时。
5.根据权利要求1或2所述的一种航天器用数字硬IP核功能及性能评测方法，其特征在于：所述的步骤(8)中的利用寿命测试机台进行硬IP核寿命考核试验的温度为125℃，完成硬IP核2000小时寿命考核试验；或提供相同工艺基线下4000小时的寿命考核试验数据；将实际测试结果或相同工艺基线下4000小时寿命考核试验数据与理论预期结果进行比对，当两者一致时判定硬IP核的寿命指标正确，当两者不一致时判定硬IP核的寿命指标不正确，然后进入下一步。
6.根据权利要求1或2所述的一种航天器用数字硬IP核功能及性能评测方法，其特征在于：所述的步骤(8)中的利用寿命测试机台进行硬IP核寿命考核试验的时间为2000小时或者4000小时。
7.根据权利要求1或2所述的一种航天器用数字硬IP核功能及性能评测方法，其特征在于：所述的步骤(9)中利用ESD测试和闩锁测试机台对硬IP核进行抗静电试验的电压为2000V。
8.根据权利要求1或2所述的一种航天器用数字硬IP核功能及性能评测方法，其特征在于：所述的步骤(9)中利用ESD测试和闩锁测试机台对硬IP核进行抗闩锁试验的电流为200mA。
9.根据权利要求1或2所述的一种航天器用数字硬IP核功能及性能评测方法，其特征在于：所述的步骤(10)中进行电离总剂量辐照试验为利用钴-60射线完成。
10.根据权利要求1或2所述的一种航天器用数字硬IP核功能及性能评测方法，其特征在于：所述的步骤(10)中进行单粒子效应辐照试验为利用重离子加速器完成。
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