CN107368636A - 一种兼容sparc V8架构SOC的单机应用验证系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种兼容sparcV8架构SOC的单机应用验证系统，其结构由单机应用验证板、激励源、中心控制计算机组成。本发明单机应用验证板，在最大化设计应用验证母板的前提下只更换芯片子板就完成多种芯片的应用验证和针对单芯片的系统集成；对应用验证过程中所需的激励源进行标准化、最大化开发，不仅可以保证单机应用验证系统的重复使用及维护，极大程度的降低应用验证系统开发成本及周期，还能实现基于待验证芯片的系统集成设计和系统模拟；在中心控制计算机上集成成熟模块的应用验证示例，并控制整个验证流程，保证芯片应用验证的高效性和全面性，形成用户开发的通用平台，最大程度发挥验证系统的性能。

Description

一种兼容sparc V8架构SOC的单机应用验证系统

技术领域

本发明涉及集成电路应用验证领域，具体涉及一种兼容sparc V8架构SOC的单机应用验证系统。

背景技术

单机应用验证是指针对芯片的设计指标和功能，在特定的背景下进行单机集成设计，以验证芯片设计功能的正确性和性能达到设计指标。单机应用验证是芯片研发设计的最后一个环节，是连接芯片设计和芯片使用之间的重要桥梁，其结果是用户使用和芯片改进设计的重要依据。但现有的针对sparc V8架构SOC芯片的单机应用验证一般以SOC为主控芯片集成最小系统，预留特定模块的测试接口以进行设计功能的测试和应用验证，采用插座或直接焊接的形式形成demo板，再通过测试线缆与主控计算机相连，功能模块接口与外围标准功能模块电路相连以完成对芯片的测试和应用验证。这种单机应用验证存在一定的局限性。首先，以特定的待测器件为基础集成最小系统，不同的芯片或同一种芯片的不同版本不能复用，只能重新设计新的一套单机应用验证板；其次，为了满足不同芯片的测试要求，需提供的应用验证激励源也不尽相同，需要针对不同待测芯片设计专门的激励源或准备特定的设备，应用验证准备工作繁多，且因设计的更新而面对陌生的功能模块应用验证，容易出错或应用验证不充分，设计问题不能充分暴露，导致在整机型号应用过程中出现问题，造成不可挽回的损失。最后，在应用验证过程中因各自为政而没有形成一套通用的应用验证流程和应用验证环境，导致针对特定芯片的应用验证软件开发不规范、不完善，以人工测试为主，不能验证不同功能组合和实现自动化应用验证，效率低下。

发明内容

针对以上单机应用验证存在的不足，本发明提供了一种兼容sparc V8架构SOC的单机应用验证系统，通过更换不同测试子板达到兼容不同芯片的目的，设计单机应用验证母板，满足芯片功能设计的更新和功能扩展的要求；最大化的标准激励源设计，可满足不同芯片、不同应用背景下的系统集成应用验证的需求；积累了标准功能模块的测试用例，基于系统集成架构的中心控制程序，保证了测试的覆盖性和测试流程的自动控制，提高了应用验证的效率。基于以上特点，可最大程度发挥单机应用验证系统的性能，提高验证效率和覆盖性。

为达到上述目的，本发明采用的制备技术方案为：

一种兼容sparc V8架构SOC的单机应用验证系统，包括单机应用验证平台，所述的单机应用验证平台由待验证子板、信号接插件和应用验证母板组成，待测芯片与待验证子板上的测试插座连接，应用验证母板通过信号接插件与待验证子板桥接，单机应用验证平台通过与中心控制计算机和激励源互联在中心控制计算机的控制下自动完成器件单机应用验证。

所述的待验证子板上集成待应用验证芯片，除了对传输速度和传输距离有要求的信号接口模块设置在待验证子板上，其余待验证模块的信号接口全部经过信号接插件引至应用验证母板上。

所述的应用验证母板上集成sparc V8架构SOC的功能模块，并预留需进行组网来进行应用验证的通信协议模块。

所述的应用验证母板上的功能模块根据对待测模块进行分类，按类进行摆放，对需要外部激励或控制信号配合以进行验证的功能模块均预留测试接口，并设置与中心控制计算机的通信接口。

所述的激励源的激励源机箱中设置有不同功能模块的标准应用验证单元和模拟不同应用背景下进行系统集成的模拟接口信号，用于sparc V8架构SOC集成的功能模块的应用验证对激励信号的需求，模拟芯片不同应用环境下的激励源输入，在中心控制计算机的调度下完成激励信号的激发和测试结果的回采工作。

所述的激励源基于CPCI架构，针对不同功能模块设计标准的PCI测试子板，并预留了待扩展空间。

所述的中心控制计算机上集成各种功能模块的标准测试示例，用于根据不同的应用情况设计不同功能模块并行运行的应用验证组合，且将激励源、应用验证母板及待测芯片纳入整个应用验证控制体系，在中心控制计算机的控制和调配下完成器件单机应用验证。

所述的单机应用验证系统的DC/DC供电模块采用匹配待测芯片不同电源种类的供电和被测芯片单独供电的方式。

相对于现有技术，本发明具有以下效益：

本发明的兼容sparc V8架构SOC的单机应用验证系统，采用子板、母板的结构，待验证芯片通过子板上的测试插座完成子板与器件的连接，再通过高速信号接插件将子板与母板桥接，最后通过与中心控制计算机和激励源互联在中心控制计算机的控制下自动完成器件单机应用验证。利用本发明单机应用验证板，在最大化设计应用验证母板的前提下可只更换芯片子板就完成多种芯片的应用验证和针对单芯片的系统集成，解决了传统板级验证过程中每种芯片都重新设计应用验证板的问题；对应用验证过程中所需的激励源进行标准化、最大化开发，不仅可以保证单机应用验证系统的重复使用及维护，极大程度的降低应用验证系统开发成本及周期，还能实现基于待验证芯片的系统集成设计和系统模拟；在中心控制计算机上集成成熟模块的应用验证示例，并控制整个验证流程，保证芯片应用验证的高效性和全面性，形成用户开发的通用平台，最大程度发挥验证系统的性能。

进一步，芯片子板通过高速信号接插件实现与单机应用验证母板的桥联，在芯片子板上集成SOC最小系统中的高速存储器和高速专用传输协议等接口模块，常用的低速通信接口模块则通过接插件引至应用验证母板上。在单机应用验证母板上集成涵盖现有sparc V8架构SOC的功能模块，可以实现验证能力的最大化，并预留了FPGA、接插件等扩展资源，满足未来一段时间内sparc V8架构SOC的发展和新增功能的验证，完成芯片验证接口的外引和系统集成模块资源的最大化，可最大程度降低开发专用高速信号连接器的研制成本，最大限度利用现有母板上的接口模块，减少重复开发的次数，提升系统设计的成熟度和验证程序的完备性。以正方形布局均匀分布高速信号接插件，引出的信号分通用模块和专用模块，不仅可以保证专用模块测试结果的权威性，还可以对后续设计芯片功能扩展，达到兼容多款同架构芯片的目的。

进一步，单机应用验证激励源是基于CPCI并行控制总线设计最大化、标准化的功能模块PCI验证子板，满足sparc V8架构SOC集成的功能模块的应用验证对激励信号的需求，模拟芯片不同应用环境下的激励源输入，在中心控制计算机的调度下完成激励信号的激发和测试结果的回采工作。

进一步，在中心控制计算机上集成不同功能模块应用验证示例程序、应用验证流程控制程序等，实现整个应用验证系统的开放性、可扩展性和流程控制的自动化。利用标准的特定模块应用验证示例，增加了应用验证的权威性；在各种不同激励源条件下对设计功能的全覆盖应用验证，为基于芯片的单机集成提供了系统设计的依据和保障，自动化的应用验证流程提高了芯片验证的效率、可维护性及鲁棒性。

附图说明

图1为现有sparc V8系列SOC单机应用验证板结构示意图；

图2为本发明的待验证芯片子板与单机应用验证母板的结构示意图；

图3为本发明的单机应用验证系统总体组成示意图；

图4为本发明的母板供电实现示意图；

图5为本发明的母板上SRAM模块实现示意图；

图6为本发明的母板上PROM模块实现示意图；

图7为本发明的母板上复位模块实现示意图；

图8为本发明的激励源结构示意图；

图9为本发明的激励源子板1的实现示意图；

图10为本发明的激励源子板1的信息流示意图；

图11为本发明的激励源子板2的实现示意图；

图12为单机应用验证系统供电示意图；

图13为单机应用验证系统结构实现示意图。

其中，1为待验证子板，2为应用验证母板。

具体实施方式

以下结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明：

本发明需要解决的技术问题是，如何提供一种兼容sparcV8架构SOC的单机应用验证系统，既能兼容多款芯片的应用验证，又能满足未来一段时间芯片设计的功能更新和扩展，还能充分的进行不同应用背景下系统集成的应用验证，并在此基础上实现应用验证流程的自动化控制和应用验证结果的数据分析。

单机应用验证系统采用待验证子板、高速信号接插件和单机应用验证母板的结构设计。具体方法为设计针对特定芯片的应用验证子板，通过更换子板达到更换不同种类的待应用验证芯片的目的。在子板上设计待应用验证芯片，除对传输速度和传输距离有一定要求的信号，如高速通信协议模块、存储器控制器模块等，其余待验证模块的信号接口全部经过高速信号接插件引至应用验证母板上。待验证芯片通过插座与子板连接，在子板上集成存储器等对时序要求严格或传输路径长度有特定要求的模块，保证了芯片进行系统集成时对信号完整性的需求；其余的功能接口信号通过高速信号接插件连接至应用验证母板上，由测试母板完成大部分待验证模块的应用验证或进行系统集成。高速信号接插件的信号完整性较好，不会影响低速信号的传输和质量，保证了单机应用验证中芯片对信号完整性的要求。设计最大化的应用验证母板，即将sparc V8系列SOC涉及的功能模块的应用验证电路尽可能全部集成在应用验证母板上，对需进行组网来进行应用验证的通信协议模块则预留节点连接接口，方便不同条件下的应用验证；针对后续SOC器件可能增加的功能模块则在应用验证母板上预留了可扩展资源，主要是一些未使用的高速引脚和FPGA资源，即通过未使用的高速引脚将待验证的功能模块接出，在激励源处集成标准的应用验证环境，或将扩展的信号通过FPGA引出，通过FPGA的级联或在FPGA中设计应用验证单元，满足对新设计功能模块或扩展功能模块的应用验证。

为保证单机应用验证系统对待验证芯片应用验证的完备性，专门设计了激励源机箱，在激励源机箱中设计针对不同功能模块的标准应用验证单元和模拟不同应用背景下进行系统集成的模拟接口信号，可以为单机应用验证母板上的待验证芯片提供全部功能模块的应用验证信号，还可以基于现有的针对芯片的应用背景集成单机，模拟单机在系统中的角色，完成对单机中芯片的应用验证和单机在系统集成中的应用验证，为芯片的单机集成设计提供示例，并为单机在系统的性能表现提供技术参考。

为了提高应用验证的完备性和整个应用验证的效率，基于单机应用验证系统的架构下设计了中心控制计算机，在中心控制计算机中设计各种功能模块的标准测试示例，根据不同的应用情况设计不同功能模块并行运行的应用验证组合，且并将激励源、单机应用验证母板资源及待验证芯片纳入整个应用验证控制体系，在中心控制计算机的控制和调配下完成系统上电、激励源的收发、应用验证流程的控制和应用结果的现场显示、保存、分析、管理及应用验证结果的查询等功能。

下面具体说明本发明解决上述问题的实现方式：

首先，说明本发明所提供的兼容sparc V8架构SOC的单机应用验证系统的结构和应用条件：

(一)系统结构

单机应用验证板由待验证SOC芯片子板和应用验证母板两个部分组成，在待验证SOC芯片子板上将芯片所有管教引出，便于后续对芯片的上电和功能管脚信号的输入、输出，一般采用插座的形式将待测SOC芯片与子板相连，便于待测芯片的更换，验证过程中增加灵活性，且相较于焊接的方式不会对芯片造成损坏，不影响芯片的后续使用。母板上则集成基于待验证芯片的最小系统，在测试和应用验证的集成设计中涵盖现有sparc V8架构SOC的所有功能，通过FPGA将母板上不能验证的待验证SOC的功能管脚引出，便于应用验证系统中激励源的搭建和后续芯片设计功能扩展的应用验证。待验证SOC芯片子板和母板之间通过高速信号接插件实现互联，将待测芯片的信号引至母板上，并考虑高速信号完整性设计，将高速功能模块尽量集成在靠近待验证芯片的母板上。单机应用验证板的结构与如图2所示。单机应用验证板根据现有sparc V8架构SOC的所涵盖的设计功能，对待验证功能模块进行分类，在母板上按类进行摆放，便于验证环境的划分和功能的分区，并考虑后续根据设计功能的升级而对应用验证环境进行进一步的提升和扩展，根据现有sparc V8架构SOC的设计功能模块，将母板的系统集成框架主要分为通信模块、数据采集模块、数据回放显示模块、中断模块、触发模块、调试模块、存储器控制模块、脉宽调制控制模块、时钟模块及供电模块等，集成框图如图3所示。为了满足待测芯片多种电源种类的供电和被测芯片单独供电等的需求，且考虑单一大电压、低电流电源输入的设计，设计了测试系统的DC/DC供电模块，可实现一种大电压、小电流输入的供电模式，根据后续应用验证系统中不同电源域供电的需求，设计了多种DC/DC供电模块，以完成对不同电压不同供电能力的需求，并在每种电源域入口设计监测点，实现不同电源域功耗的测量。电源供电模块设计如图4所示。针对PROM存储器控制接口，一般在母板上靠近待验证芯片的位置集成外部存储器模块以完成PROM存储器控制器接口的功能验证和性能评估，也可在母板上预留存储器接口插槽，根据待验证芯片集成的存储器控制接口的种类外插相应存储器小板，实现对PROM存储器控制接口的应用验证，PROM存储器控制接口应用验证模块设计如图5所示。对SRAM存储器控制接口的验证与PROM存储器控制器接口的应用验证类似，但一般SRAM为并行时序，且数据率较PROM要快，且很多对运行速度有要求的处理器会在内部集成SRAM模块，所以对SRAM存储器控制接口的应用验证与PROM存储器控制器接口会有所区别，SRAM存储器控制接口的应用验证设计如图6所示。系统调试过程中复位电路，复位电路的脉冲长度有一定的要求，且一般配合芯片自身设计的看门狗一起实现在带电情况下完成对待验证芯片功能和状态的复位，复位电路一般采用专用电路或组合逻辑实现，其设计实现如图7所示。考虑信号源同步发出和扩展性，基于CPCI架构设计应用验证所需激励源，其包括电源供电板、处理器主板、底板和各种PCI子板构成。因每个PCI子板上可集成不同的激励源，每个子板插槽上可根据时间延时设计同步触发信号，且每个PCI子板都通过CPCI协议受控于处理器主板，便于测试待验证芯片的同步竞争条件下满负荷处理事务的能力。激励源系统的设计如图8所示。激励源子板1主要针对不同测试频率时钟信号和不同占空比的脉冲信号等的测试需求，由一个时钟源输入至FPGA，根据项目需要在FPGA中对时钟源进行分频或倍频，形成多路不同周期或不同占空比的脉冲信号，满足不同时钟信号测试的需求，集成设计如图9所示。因每个激励子板使用的硬件资源各异，而子板最终都通过CPCI协议连接至CPCI母板上，为了兼容不同硬件资源的激励子板，在PCI子板上集成FPGA，实现激励信号的控制和PCI协议的转换，简化了PCI子板的协议设计，如图10所示。在验证SOC设计的通信模块时需要形成由两个或多个通信终端形成通信链路，实现对数据的发送和接收，需要在激励源子板上集成相应的通信验证模块；在验证SOC设计的AD时，则需要为其提供不同种类的模拟信号供其采集，需在激励源子板上设计模拟信号产生模块；而为了验证SOC设计的DA功能模块时，需要为其提供一定范围的数字信号；其他通信或采集模块也需要相应的测试激励配合，综合以上对激励源的功能需求，激励子板2如图11所示。为了保证系统的稳定工作，设计了各个组成部分的单独供电，主要包括控制系统的单独供电、激励源系统的单独供电、待验证SOC芯片单机应用验证板的单独供电及各个待验证SOC芯片不同电源域的单独供电，不同大的模块之间的单独供电通过交流隔离变压器来实现，而不同电源域之间的单独供电则通过DC/DC模块来实现，如图12所示。在进行系统结构设计时，设计了机柜分层结构，将待验证SOC芯片单机应用验证板、激励源、控制计算机和隔离变压器等分开放置，并考虑整个系统的散热设计，系统结构示意图如图13所示。

(二)应用条件

该发明的应用验证系统可应用sparc V8架构的SOC的单机应用验证中，当该SOC的设计功能在应用验证系统的覆盖范围之内时，可以达到全覆盖的应用验证，若超出了系统范围，则可基于现有的硬件环境对中心控制、可扩展的FPGA和激励源进行二次开发以全面验证设计功能。其中，SOC芯片子板应针对不同的SOC单独设计，确保设计功能全部覆盖，且子板的尺寸及与母板的连接方式固定。在应用验证过程中，将所需的激励源信号接入单机应用验证平台，在中心控制计算机上选择验证方式和确定验证过程，对验证过程进行记录并保存和分析验证结果。

以下结合具体实施例进一步详细说明，但本发明包括但不限于以下实施例。

实施例1

基于某重点型号使用的所产sparc V8架构的LCSOC3201，进行全自动的全功能覆盖应用验证和型号中使用的集成3台单机的功能验证。其中LCSOC3201共集成CPU核、存储器控制器、外部中断、可编程Timer、GPIO、UART、DSU、可编程Counter、I2C、1553B控制总线、ADC转换器、PWM和PLL共13个功能模块，而3台单机只用到了LCSOC3201的部分设计功能。针对以上的应用验证需求，设计了单机应用验证板的母板和LCSOC3201的子板，子板负责将LCSOC3201的全部管脚引至母板上，母板则集成针对LCSOC3201设计功能进行应用验证的功能模块和预留的接口，子板与母板结合完成基于LCSOC3201的最小系统的搭建和系统集成的接口预留。为了满足接口模块的应用验证，设计了基于CPCI并行总线架构的激励源，为应用验证的过程提供激励信号，将激励源的主控模块通过以太网与中心控制计算机相连，完成自动化测试过程中对激励信号的触发。在中心控制计算机上集成了1553PCI板卡，结合外部的节点和耦合器，完成了1553总线不同工作模式和系统集成的应用验证，通过1553总线与LCSOC3201的互联，针对LCSOC3201的全部设计功能和3台单机的集成功能进行自动化功能验证的全过程控制，并将应用验证结果下传至中心控制计算机进行处理、存储和显示。

通过对LCSOC3201的实际应用验证测试，提高了LCSOC3201应用验证的速度，增强了功能验证的覆盖性，进一步提升了LCSOC3201进行单机集成的可靠性，为型号的应用提供了技术支持和可靠性的保障。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种兼容sparc V8架构SOC的单机应用验证系统，其特征在于，包括单机应用验证平台，所述的单机应用验证平台由待验证子板、信号接插件和应用验证母板组成，待测芯片与待验证子板上的测试插座连接，应用验证母板通过信号接插件与待验证子板桥接，单机应用验证平台通过与中心控制计算机和激励源互联，在中心控制计算机的控制下自动完成器件单机应用验证。

2.根据权利要求1所述的兼容sparc V8架构SOC的单机应用验证系统，其特征在于，所述的待验证子板上集成待应用验证芯片，除了对传输速度和传输距离有要求的信号接口模块设置在待验证子板上，其余待验证模块的信号接口全部经过信号接插件引至应用验证母板上。

3.根据权利要求1所述的兼容sparc V8架构SOC的单机应用验证系统，其特征在于，所述的应用验证母板上集成sparc V8架构SOC的功能模块，并预留接口进行组网来进行应用验证的通信协议模块。

4.根据权利要求3所述的兼容sparc V8架构SOC的单机应用验证系统，其特征在于，所述的应用验证母板上的功能模块根据对待测模块进行分类，按类摆放，对需要外部激励或控制信号配合以进行验证的功能模块均预留测试接口，并设置与中心控制计算机的通信接口。

5.根据权利要求1所述的兼容sparc V8架构SOC的单机应用验证系统，其特征在于，所述的激励源的激励源机箱中设置有不同功能模块的标准应用验证单元和模拟不同应用背景下进行系统集成的模拟接口信号，用于sparc V8架构SOC集成的功能模块的应用验证对激励信号的需求，模拟芯片不同应用环境下的激励源输入，在中心控制计算机的调度下完成激励信号的激发和测试结果的回采工作。

6.根据权利要求5所述的兼容sparc V8架构SOC的单机应用验证系统，其特征在于，所述的激励源基于CPCI架构，针对不同功能模块设计标准的PCI测试子板，并预留了待扩展空间。

7.根据权利要求1所述的兼容sparc V8架构SOC的单机应用验证系统，其特征在于，所述的中心控制计算机上集成各种功能模块的标准测试示例，用于根据不同的应用情况设计不同功能模块并行运行的应用验证组合，且将激励源、应用验证母板及待测芯片纳入整个应用验证控制体系，在中心控制计算机的控制和调配下完成器件单机应用验证。

8.根据权利要求1所述的兼容sparc V8架构SOC的单机应用验证系统，其特征在于，所述的单机应用验证系统的DC/DC供电模块采用匹配待测芯片不同电源种类的供电和被测芯片单独供电的方式。