CN108226751A - 一种多处理器协同芯片性能评估系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多处理器协同芯片性能评估系统，所述系统包括有开短路检测模块、USB通信处理模块、PMU控制模块、信号扫描模块、电压控制模块、频率测量模块、测试指标评估模块、扩展测量模块。本发明可以在研发设计阶段控制多芯片进行性能指标参数测试评估，采用PC控制软件作为人机接口，利用并测方式将多种类别指标测试集成在一套系统内对芯片进行测试和评估，大幅提高测试效率。
Description
技术领域
本发明属于芯片测试的技术领域，特别涉及双处理器控制、多组被测芯片同时测试的系统及方法。
背景技术
目前的芯片多项关键模拟指标在研发设计阶段不进行一体化检测，多项性能指标在多套系统中测试或者测试效率不高，给测试工作的实施带来了很大的不便；系统的测量精度不高和测试数据准确性差异等，存在误测误判的问题，加上芯片设计、工艺及封装等方面的因素影响，系统供给芯片所需的信号精度不够，对于准确的评估芯片性能带来了一定的困扰；采用单处理器结构的设计方法，由于其构造原因，只能串行顺序测试，存在测试效率低和测试时间高等问题，高测试时间对于产品交期也是一个问题；人工测试工作多多测试平台来协同完成测试工作，开销成本大且便捷性很差，需要掌握更多的技术细节对人员的技能要求较高，培训投入和系统维护等成本增加；传统装置输出电压不稳定，很容易被拉低，且没有自适应控制功能，不能有效的锁定输出电压，造成测试数据波动大、数据真实性差及重复性工作多等。
如专利申请201180026081.7则公开了一种允许更快速的并行执行控制处理而不会损害灵活性或可扩展性的多处理器系统。公开的多处理器系统设有一个或多个主处理器(10)、多个子处理器(30至3n)以及用于执行每个子处理器(30至3n)的执行控制的执行控制电路(20)；其中执行控制电路(20)设有用于每个子处理器的执行控制处理的执行控制用处理器(21)、用于每个子处理器的命令触发的控制总线输出装置、用于来自每个子处理器的状态通知的状态总线输入装置、用于评估状态通知是否与操作序列上接下来要发出的处理命令具有一对一依从关系并且要被高速处理的评估电路(24)、用于在要执行高速处理的情况下发出相应的处理触发命令的状态加速器(25)，以及用于利用执行控制处理器来处理状态通知的状态FIFO控制单元(26)。
然而，上述的多处理器并不能实现芯片测试，而是仅仅进行加速处理，提高系统的处理速度。无法解决现有芯片测试中不能精确测试芯片各指标项、不能给被测芯片提供较精确的信号源、外围电路较复杂、硬件成本高且维护难度增加等缺陷，制约了测试效率的提高。
发明内容
基于此，因此本发明的首要目地是提供一种多处理器协同芯片性能评估系统及方法，该系统及方法旨在开发出一个以ARM作为主控，FPGA作为协处理器的双CPU控制结构，同时对多个芯片性能特性进行测试和评估，包含开路、时钟频率等参数测试的系统及方法，整个过程自动化程度较高，系统兼容性好移植性高，具备高性能、高测试效率、维护便捷等特点。
本发明的另一个目地在于提供一种多处理器协同芯片性能评估系统及方法，该系统及方法采用自动化测试技术，电压自适应控制技术，整个芯片性能指标测试和评估过程无需人为参与，能够自动完成芯片参数数据归类、数据收集并分析。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种多处理器协同芯片性能评估系统，其特征在于所述系统包括有开短路检测模块、USB通信处理模块、PMU控制模块、信号扫描模块、电压控制模块、频率测量模块、测试指标评估模块、扩展测量模块，其中，
所述开短路检测模块，主要是完成对被测芯片管脚是否接触良好进行检测，系统检测到接触不良的芯片，提示用户重新放置，以确保测试数据的有效性；
所述USB通信模块主要负责上下位机的数据和命令传输，发送系统命令数据和接收PC控制软件发送的命令数据；
所述PMU控制模块，主要用于提供电源及激励信号和电压、电流测量调理信号，测量范围包含加流测压即驱动电流测量电压(FIMV)、加压测流即驱动电压测量电流(FVMI)；
所述信号扫描模块，主要由DAC信号量输出单元和OPA运放单元等组成，输出电压设置PE芯片的输出通道逻辑接口电平和输入阈值电压，以及电压源的限流控制；
所述电压控制模块，主要包含供电电压输出、烧录电压输出和电压校准基准等功能；
所述频率测量模块，频率在0.05Hz～25MHz保证测量精度5ppm，在1KHz以上信号测量时间1ms，在1KHz以下信号测量时间为1～2个信号周期；
所述测试指标评估模块，包含连接性检测、电压量测量单元、电流量测量单元、自适应电量调整单元、时钟频率测量单元和数字功能测量单元，连接性检测主要检测被测芯片与系统之间的电气连接特性；电压量测量单元主要提供激励信号电压、输入电压检测；电流量测量单元主要用于提供芯片输出电流测量；时钟频率测量单元使用系统的频率捕捉功能实现对被测芯片的时钟频率进行测量；自适应电压调整单元主要由信号扫描模块组成的高精度信号量供给；数字功能测量单元主要是对被测芯片的功能进行测量；
所述扩展测量模块，主要包含高速IO单元、串行译码单元，通过系统内部的FPGA协处理器完成被测芯片IO的拓展测量和串行接口译码功能。
该系统可以在研发设计阶段控制多芯片进行性能指标参数测试评估，采用PC控制软件作为人机接口，利用并测方式将多种类别指标测试集成在一套系统内对芯片进行测试和评估，大幅提高测试效率。
进一步，所述开短路检测模块通过电子开关逐次选择被测芯片管脚对应的通道，测试系统控制PMU检测模块将检测端口连接至被测试芯片的电源、地和IO端口，把待测试芯片IO管脚按照奇偶分类，置被测芯片电压为低电平，然后开启PMU检测模块压控电流检测单元，分别置(-100uA～-500uA)和(100uA～500uA)的电流输入至芯片，PMU检测模块控制流控电压单元检测此时电压，根据芯片内部二极管的特性电压范围绝对值在(0.2V～1.2V)内，则认为芯片OS特性良好，否则检测确认仍旧不良，则判断芯片管脚开短路失效。
进一步，所述PMU控制模块集成有测量和侦测单元，能够自动反馈输出的测量电量，并根据此电量反馈给系统调节输入信号，以满足输出电量信号的准确性和稳定性。
进一步，所述信号扫描模块采用具有多通道输出的DAC，输出电压范围为0～5V，满足设计需求。
进一步，所述电压控制模块，电路设计输出正负电压，正负电压范围为非对称设计，输出范围-5～10V，通过信号扫描模块输出电压控制，电压分辨率为3.66mV；所述电压控制模块，采用OPA设计，为防止芯片短路故障而引起的测试板整体故障，采用OPA设计加法器，通过DAC控制OPA最大输出电流。
进一步，所述频率测量模块使用两个32位的计数器在相同的时间内计数，外部计数器使用外部配测信号作为时钟，参考计数器使用内部系统时钟，由门控逻辑控制计数开始和结束的时间点，可以精确测量极低到高于参考频率的信号频率。
进一步，所述扩展测量模块的高速IO模块包含4个ioports模块，32个高速IO通道，IO接口速率大于20MHz；串行译码单元串行接口设备采用同步串行通信模式，通过串行接口配置译码器输出状态和读取译码器输出状态，最高通信速率16Mb/s。
一种多处理器协同芯片性能评估方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
101、系统上电，
电源模块、时钟系统、IO端口、FSMC接口、温控设备、PMU控制模块、信号扫描模块及性能测试模块等初始化，系统启动DAC信号供给单元，系统按照模块功能逐次完成设备自检和模块自校准，如果系统模块自检失败且小于设定自检次数，系统重新初始化各外设模块，再次进行输出电源电压精度自校准和外设模块自检；模块供给电压精度自校准和外设模块自检失败超过规定次数，设备故障报警，红指示灯闪烁，显示故障。
102、系统模块供给电压精度自校准和外设模块自检成功，提示用户是否需要连接温控设备；
此时用户可根据具体条件选择，如果需要连接，提示用户确认物理连接正确性，然后系统启动温控设备,程序检测温控设备连接性是否正常，不正常提示用户再次连接，否则连接正常继续执行103步骤；如果不需要连接温控设备，只做常规性能评估，则继续执行103步骤。
103、温控设备检查完毕及系统模块自检完成后，启动控制软件并开始上下位机握手，如果握手不成功，提示用户重新启动控制软件和系统重新插入USB通信接口；如果上下位机握手成功，系统开始检测芯片配置文件数据库，检测数据库不成功，提示用户需要拷入配置文件数据库；
检测数据库成功，可以进行自输入参数规格查找及测试，如果用户需要自查找符合需求地芯片参数规格，输入的特定参数需求，系统查找并列出符合参数匹配项的芯片类型名称，提示用户可以将符合所需参数地芯片插入并开始检测，如果用户不需要，则系统执行常规需求测试和评估，测试和评估主要偏重于功能和性能指标，系统等待用户确认参数评估命令，等待用户输入测试模式，判断是否进行自动测试，如果不是，执行115步骤，否则继续执行。
104、系统进入芯片参数评估程序；
系统开始对用户放入检测系统的芯片进行开短路检测已确认评估系统与被测芯片间的电器连接特性，系统关闭电源模块，启动PMU检测和扩展测量模块，调用开断检测模块检测，系统完成监测前所有准备工作。
105、系统控制所有管脚输出低电平，检测管脚间电压V；
打开继电器，并顺序切换到PMU检测管脚，开始调用PMU检测管脚采用加流测压的方法输出-100uA电流，检测管脚间电压V，判断被测芯片管脚间电压是否在0.2V至1.2V之间，如果不在范围内，判断是否满足规定检测次数，不满足则重新检测管脚间电压，重新执行105，如果超过规定次数，记录测试失效项、管脚编号和测试数据并保存；如果被测芯片管脚间电压在0.2V至1.2V之间，系统确定芯片接触良好，记录测试数据并保存，显示当前测试结果及测试数据，系统读取配置文件测试顺序表，配置文件切换测试管脚，确认下一个被测管脚，并判断是否测试完，没有测试完成，再次执行104、105步骤；开短路测试完成，系统需要进行芯片ID号检验，以确保所使用芯片使用户需要的，继而执行106步骤。
106、系统进入被测芯片ID检测环节；
系统控制被测芯片掉电，然后上电，使得被测芯片进入烧录模式，发送checkid指令读取芯片ID值，获取配置文件ID设计数据，判断芯片ID数据是否正确，如果不正确且没有超过规定的读取次数，继续执行106步骤；如果不正确且超过规定的读取次数，记录失效ID芯片，提示用户OPTION区有数据，执行107步骤；芯片ID数据正确，读取被测芯片程序存储区数据，判断芯片是否为空片，如果芯片不为空且没有超过规定的读取次数，再次读取和检查芯片是否空片，超过规定读取次数，获取测试hex数据比较，如果不一致，记录失效ID芯片，提示用户OPTION区有数据，停止测试并提示用户换置芯片，程序跳转至101步骤顺序执行；如果一致，执行107步骤；如果芯片为空片，写入ID到被测芯片OPTION区，确认已经写入ID。
107、系统开始进入电流电压类指标项检测；
即VIH\VIL\VOH\VOL\ADC VS\IOH\IOL\SLEEEP功耗\HALT功耗\漏电电流等电量指标项，调用电压模块，分别对芯片供电使得被测芯片进入烧录模式和测试模式并读取测试hex文件并烧录，烧录完成测试hex文件，关闭系统电源，然后上电，调用PMU控制模块对输入输出电压电流等电量指标项进行检测，系统配置被测芯片寄存器使之进入电压电流测试项，控制软件发送芯片配置信息和漏电IO端口等数据给系统，系统获取信息完成后，切换电子开关至芯片IO管脚，开始检测芯片电流类指标项，首先判断被测芯片当前管脚是否为漏电管脚，如果是漏电管脚，调用PMU的FVMI单元检测漏电IO端口漏电电流，并记录测试结果，继续执行108步骤；如果不是漏电管脚，继续向下执行。
108、配置芯片寄存器测试芯片IOH/IOL指标项电流测试并记录测试结果；
根据测量的模块工作电流，存储并显示测试数据，启动PMU数控电压源测量单元，配置芯片成相应电压测试项，配置芯片寄存器，调用PMU的FIMV单元检测VOH\VOL指标项，存储测试数据并显示结果，系统关闭PMU控制模块，调用信号扫描模块检测VIH\VIL等指标项，存储并显示结果，判断电压电流指标是否符合设计，如果不符合且没有超过规定的检测次数，记录失效的电量指标项检测数据，如果不符合且超过规定的检测次数，记录测试失效项、管脚编号和测试数据并保存，继续执行109步骤；符合设计，则显示当前测试结果及存储统计电量类测试数据，根据配置文件切换测试管脚。
109、获取芯片测试顺序配置文件，管脚检测是否完成；
如果没有完成，执行107、108步骤；如果管脚检测完成，判断电量模块检测是否完成，如果没有测量完成电量指标项模块，执行107、108、109步骤；如果测量完成电量指标项模块，则执行110步骤。
110、系统配置芯片寄存器调用PMU的FIMV单元检测ADCVS指标项，测试数据存储并显示结果；
配置芯片寄存器测试芯片进入sleep&halt功耗等指标项测试，调用PMU的FVMI单元检测sleep&halt模式下电流并计算，存储统计ADCVS、sleep&halt功耗指标项测试数据并显示结果。
111、系统进入时钟频率类指标项检测；
启动频率测量和信号扫描模块，调整电子开关切换至时钟频率输出端口，关闭电压控制模块，然后上电，使得芯片进入烧录模式，首先获取设计频率数据，配置芯片寄存器，调用频率测量模块测试此时时钟频率，判断时钟频率是否满足要求，满足设计要求，执行112步骤；否则，对芯片时钟进行校准，系统根据实际测量的频率数据和相关算法，计算出最佳时钟校准数据，然后写入校准寄存器中，调用频率测量模块测量时钟频率，继而比较实测频率与设计频率是否一致，如果不一致，重新计算频率校准数据并测量，超过规定次数，记录测试失效项、管脚编号和测试数据并保存，计算出频率偏差数据。
112、检测时钟频率指标是否符合设计，记录统计时钟频率类测试数据并保存；
显示当前测试结果及测试数据，切换至下一个时钟频率测试项，是否完成内外部高低速频率检测，没有完成，顺序执行111、112步骤；如果完成内外部高低速频率检测，执行113步骤。
113、进入数字功能测量单元，电子开关切换至DFT管脚，关闭信号扫描模块，读取芯片配置文件获取被测芯片时序信息和功能模块测试指令，系统逐次给被测芯片发送时序信息和测试指令，同时获取反馈的测试结果；
判断数字功能是否符合设计要求，不符合且没有超过规定复测次数，继续执行113步骤；不符合且超过规定复测次数，记录测试失效项、失效指令和测试数据并保存，执行114步骤；数字功能符合设计要求，数字功能指标符合设计，记录统计数字功能类测试数据并保存。
114、系统关闭测试模块、频率测量模块、电源模块及信号扫描模块，显示数字功能当前测试结果及数据，对芯片测量数据统计分析，统计各测量单元数据并绘制图像显示，完成一次测试；
系统进入命令接收状态，继续下一次被测芯片测试，控制软件对所有模块测试结果进行评估。
115、系统进入手动测试程序，电压电流类测试，顺序执行104、105、106、107、108、109步骤；ADC VS、及sleep&halt功耗类测试，执行110；时钟频率和时钟校准类测试，执行111、112等步骤；DFT数字功能类测试，执行114等步骤；完成以上手动测试后，统计并评估测量数据并绘制图像显示，完成一次测试，系统进入命令接收状态，继续下一次被测芯片测试，控制软件对单个模块测试结果进行评估。
系统是每次对开短路、ADC VS电压、电压电流、功耗、直流电压和电流特性、内外部高低速时钟频率等指标项进行测试和评估的循环执行的一个过程，根据用户不同需求不断的测试、判断和命令的解析，目的是把研发设计阶段对产品进行性能分析和展示，实现自动化的测试和性能指标分析评估。
本方面利用单板设计出满足在研发设计阶段进行多芯片高质量芯片指标项检测、数据评估性能展示等实际业务需求，采用PC控制软件自动测量及查询对比等技术作为人机接口的便捷化操作和芯片查找，使用高集成度压控和流控等测量技术对芯片的特性参数进行测试和评估，满足高精度测量和评估效率的需求，使用双处理器协调工作的方式，最大程度的提高了并行测试的效率，可在同一个系统上完成样品指标测试、指标项评估和定制化的样品检测，极大方便用户在芯片选型和选型后的评估的效率，通过产品性能优势的展示，大幅提高了公司产品竞争力，设备使用便捷、维护和操作方便。
附图说明
图1是本发明所实施的总体架构框图。
图2是本发明所实施硬件系统的结构框图。
图3是本发明所实施开短路检测模块的处理流程图。
图4是本发明所实施USB通信模块的处理流程图。
图5是本发明所实施PMU控制模块的处理流程图。
图6是本发明所实施电压控制模块的处理流程图。
图7是本发明所实施频率测量模块的示意图。
图8是本发明所实施扩展测量模块的示意图。
图9是本发明所实施方法的实现流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1、图2所示，为本发明所实现的多处理器协调控制的多芯片性能指标评估系统，该系统可以在研发设计阶段控制多芯片进行性能指标参数测试评估，采用PC控制软件作为人机接口，利用并测方式将多种类别指标测试集成在一套系统内对芯片进行测试和评估，大幅提高测试效率。其中系统构成分为开短路检测模块、USB通信处理模块、PMU控制模块、信号扫描模块、电压控制模块、频率测量模块、测试指标评估模块、扩展测量模块和PC软件控制模块。
具体地说，开短路检测模块，如图3所示，主要是完成对被测芯片管脚是否接触良好进行检测，系统检测到接触不良的芯片，提示用户重新放置，以确保测试数据的有效性，在进行OS检测时，需要通过电子开关逐次选择被测芯片管脚对应的通道，测试系统控制PMU检测模块将检测端口连接至被测试芯片的电源、地和IO端口，把待测试芯片IO管脚按照奇偶分类，置被测芯片电压为低电平，然后开启PMU检测模块压控电流检测单元，分别置(-100uA～-500uA)和(100uA～500uA)的电流输入至芯片，PMU检测模块控制流控电压单元检测此时电压，根据芯片内部二极管的特性电压范围绝对值在(0.2V～1.2V)内，则认为芯片OS特性良好，否则检测确认仍旧不良，则判断芯片管脚开短路失效。
USB通信模块，如图4所示，主要负责上下位机的数据和命令传输，发送系统命令数据和接收PC控制软件发送的命令数据，本系统充分利用ARM内部集成的硬件USB通信模块和固件库函数等，实现软硬件协调对USB描述符、USB枚举、USB读写传输、USB电源管理、端点分配管理、类私有管理函数、中断函数、USB帧命令数据解析和传输等功能，测试平台开发人员在开发过程中需要对USB类函数进行相应的函数修改以灵活应对通信协议变更，利用它定义数据包格式、通信协议、设备类型及数据种类等方面的信息，节省开发时间和后续升级维护难度。
PMU控制模块，如图5所示，主要用于提供电源及激励信号和电压、电流测量调理信号，测量范围包含加流测压即驱动电流测量电压(FIMV)、加压测流即驱动电压测量电流(FVMI)。本系统性能评估需求采用集成的测量和侦测单元，能够自动反馈输出的测量电量，并根据此电量反馈给系统调节输入信号，以满足输出电量信号的准确性和稳定性，模块内部电路提供FV,FI,FN(高阻),MV,MI等测量功能，内部取样电阻提供多档位电流测量量程，如所需的±5μA、±20μA、±200μA和±2mA等，也可以提供增加外部电阻，使测量量程扩大到±80mA，电压和电流信号经过内部调理电路输出0～2.25V的信号,满足设计需求。
信号扫描模块，主要由DAC信号量输出单元和OPA运放单元等组成，输出电压设置PE芯片的输出通道逻辑接口电平和输入阈值电压，以及电压源的限流控制。完成被测芯片高精度ADC模块的测量信号供给，系统启动该模块，根据所需测量的测试项要求输出所需的信号量，该信号量由PMU模块的FIMV单元进行反馈检测，系统根据检测结果实时控制该模块输出精确地信号量，以满足高精度小信号扫描、模数或者数模转换器参考电压和高精度校准电压等实际应用需求。根据性能需求，该模块采用具有多通道输出的DAC，输出电压范围为0～5V，满足设计需求。
电压控制模块，如图6所示，主要包含供电电压输出、烧录电压输出和电压校准基准等功能，供电电压和烧录电压是精简数控电压源在芯片测试过程中为芯片提供，提供限流控制功能，减少对PMU单元的占用，提高资源利用率和测试速度。电路设计输出正负电压，正负电压范围为非对称设计，输出范围-5～10V，通过信号扫描模块输出电压控制，电压分辨率为3.66mV。模块采用OPA设计，为防止芯片短路故障而引起的测试板整体故障，采用OPA设计加法器，通过DAC控制OPA最大输出电流。系统上电后，初始化电压控制模块和信号扫描模块，读取被测芯片ID号和配置文件，确认不同ID类型被测芯片供电电压、烧录电压以及基准电压，使之输出不同模式下的电压，并调用PMU控制模块FIMV检测单元对其输出的电压进行实时检测，用来实时监测和稳定供电电压和烧录电压，通过对烧录电源和供电电源的协调运作，以确保对被测芯片工作模式的有效的控制。系统通过电源控制模块完成实测芯片所需的电压供给和自适应校准等功能，使得系统且具备输出电压精度更加精准和稳定。
频率测量模块，如图7所示，频率在0.05Hz～25MHz保证测量精度5ppm，在1KHz以上信号测量时间1ms，在1KHz以下信号测量时间为1～2个信号周期，系统频率测量主要采用等精度测量法，使用两个32位的计数器在相同的时间内计数，外部计数器使用外部配测信号作为时钟，参考计数器使用内部系统时钟，由门控逻辑控制计数开始和结束的时间点，可以精确测量极低到高于参考频率的信号频率。系统上电后启动频率测量模块，接收到ARM处理器发送的频率测量命令，同时对多个芯片进行测量，将测量数据传送给ARM处理器进行处理后，发送给PC控制软件整理和分析，最终在PC控制软件上显示测量结果和数据，以供用户选型参考。
测试指标评估模块，包含连接性检测、电压量测量单元、电流量测量单元、自适应电量调整单元、时钟频率测量单元和数字功能测量单元等，连接性检测主要检测被测芯片与系统之间的电气连接特性；电压量测量单元主要提供激励信号电压、输入电压检测，测量被测芯片输入输出电压量即VIH/VIL/VOH/VOL等参量；电流量测量单元主要用于提供芯片输出电流测量，测量被测芯片输出电流量即IOH/IOL等参量；时钟频率测量单元使用系统的频率捕捉功能实现对被测芯片的时钟频率进行测量；自适应电压调整单元主要由信号扫描模块组成的高精度信号量供给；数字功能测量单元主要是对被测芯片的功能进行测量，使用系统利用被测芯片的DFT数字扫描链，进行数字功能的扫描，查看被测芯片是否存在数字功能异常；系统的性能评估模块可实现对被测芯片数字功能、IOH\IOL、SLEEEP\HALT功耗、漏电电流等电流量和对VIH\VIL、VOH\VOL及ADC VS等电压量及时钟频率测量等芯片指标性进行评估。
扩展测量模块，如图8所示，主要包含高速IO单元、串行译码单元等，通过系统内部的FPGA协处理器完成被测芯片IO的拓展测量和串行接口译码等功能，高速IO模块包含4个ioports模块，32个高速IO通道，IO接口速率大于20MHz；串行译码单元串行接口设备采用同步串行通信模式，通过串行接口配置译码器输出状态和读取译码器输出状态，最高通信速率16Mb/s。
PC软件控制，负责对被测芯片指标评估，也是人机接口的控制软件，主要功能描述为(1)测试系统模块检测：系统上电后，对通信接口、电气连接特性、电源状态、被测芯片配置文件检测及测试数据获取等功能进行检测和自检控制，以免模块工作异常而造成测试数据异常，该功能能够在确保系统模块正常工作下正确评估被测芯片测试指标；(2)温控设备的控制：芯片指标测量评估时，通过系统配置温控设备，是指达到指标所需的温湿度，以利于指标项评估；(3)手动测量区：主要是完成单项指标模块的测量，如电压、电流、时钟频率、频率标定及功耗等性能测试和数据收集；(4)指标查询区：用户可直接输入所需的参数指标，系统检测到满足指标的芯片推荐给用户，同时可以对满足指标的芯片进行测量，以证实所选芯片指标的真实性；(5)测试报告的生成：把生成的测试报告项包括测试用例参数、测试时间、测试过程中收集的芯片测试结果和状态信息填充到预先设计好的测试excel表格中方去，直接生成测试图形与测试曲线。
如图9所示，本发明的实现方法包括如下步骤：
201、系统上电，电源模块、时钟系统、IO端口、FSMC接口、温控设备、PMU控制模块、信号扫描模块及性能测试模块等初始化，系统启动DAC信号供给单元，系统按照模块功能逐次完成设备自检和模块自校准，如果系统模块自检失败且小于设定自检次数，系统重新初始化各外设模块，再次进行输出电源电压精度自校准和外设模块自检；模块供给电压精度自校准和外设模块自检失败超过规定次数，设备故障报警，红指示灯闪烁，PC控制软件显示故障模块。
202、系统模块供给电压精度自校准和外设模块自检成功，提示用户是否需要连接温控设备，此时用户可根据具体条件选择，如果需要连接，PC控制软件提示用户确认物理连接正确性，然后系统启动温控设备,程序检测温控设备连接性是否正常，不正常提示用户再次连接，否则连接正常继续执行203步骤；如果不需要连接温控设备，只做常规性能评估，则继续执行203步骤。
203、温控设备检查完毕及系统模块自检完成后，启动PC控制软件并开始上下位机握手，如果握手不成功，控制软件提示用户重新启动PC控制软件和系统重新插入USB通信接口；如果上下位机握手成功，系统开始检测芯片配置文件数据库，检测数据库不成功，PC控制软件提示用户需要拷入配置文件数据库；检测数据库成功，PC控制软件待机，并提示用户已准备好评估；系统为了用户更方便需找符合自己需求地芯片规格，可以进行自输入参数规格查找及测试，如果用户需要自查找符合需求地芯片参数规格，输入的特定参数需求，系统查找并列出符合参数匹配项的芯片类型名称，提示用户可以将符合所需参数地芯片插入并开始检测，如果用户不需要，则系统执行常规需求测试和评估，测试和评估主要偏重于功能和性能指标，系统等待用户确认参数评估命令，等待用户输入测试模式，判断是否进行自动测试，如果不是，执行215步骤，否则继续执行。
204、系统进入芯片参数评估程序，系统开始对用户放入检测系统的芯片进行开短路检测已确认评估系统与被测芯片间的电器连接特性，系统关闭电源模块，启动PMU检测和扩展测量模块，调用开断检测模块检测，系统完成监测前所有准备工作。
205、系统控制所有管脚输出低电平，打开继电器，并顺序切换到PMU检测管脚，开始调用PMU检测管脚采用加流测压的方法输出-100uA电流，检测管脚间电压V，判断被测芯片管脚间电压是否在0.2V至1.2V之间，如果不在范围内，判断是否满足规定检测次数，不满足则重新检测管脚间电压，重新执行205，如果超过规定次数，记录测试失效项、管脚编号和测试数据并保存，PC控制软件状态栏显示失效项；如果被测芯片管脚间电压在0.2V至1.2V之间，系统确定芯片接触良好，记录测试数据并保存，显示当前测试结果及测试数据，系统读取配置文件测试顺序表，配置文件切换测试管脚，确认下一个被测管脚，并判断是否测试完，没有测试完成，再次执行204、205步骤；开短路测试完成，系统需要进行芯片ID号检验，以确保所使用芯片使用户需要的，继而执行206步骤。
206、系统进入被测芯片ID检测环节，系统控制被测芯片掉电，然后上电，使得被测芯片进入烧录模式，发送checkid指令读取芯片ID值，获取配置文件ID设计数据，判断芯片ID数据是否正确，如果不正确且没有超过规定的读取次数，继续执行206步骤；如果不正确且超过规定的读取次数，记录失效ID芯片，PC控制软件提示用户OPTION区有数据，执行207步骤；芯片ID数据正确，读取被测芯片程序存储区数据，判断芯片是否为空片，如果芯片不为空且没有超过规定的读取次数，再次读取和检查芯片是否空片，超过规定读取次数，获取测试hex数据比较，如果不一致，记录失效ID芯片，PC控制软件提示用户OPTION区有数据，停止测试并提示用户换置芯片，程序跳转至201步骤顺序执行；如果一致，执行207步骤；如果芯片为空片，写入ID到被测芯片OPTION区，确认已经写入ID。
207、系统开始进入电流电压类指标项检测即VIH\VIL\VOH\VOL\ADCVS\IOH\IOL\SLEEEP功耗\HALT功耗\漏电电流等电量指标项，调用电压模块，分别对芯片供电使得被测芯片进入烧录模式和测试模式并读取测试hex文件并烧录，烧录完成测试hex文件，关闭系统电源，然后上电，调用PMU控制模块对输入输出电压电流等电量指标项进行检测，系统配置被测芯片寄存器使之进入电压电流测试项，PC控制软件发送芯片配置信息和漏电IO端口等数据给系统，系统获取信息完成后，切换电子开关至芯片IO管脚，开始检测芯片电流类指标项，首先判断被测芯片当前管脚是否为漏电管脚，如果是漏电管脚，调用PMU的FVMI单元检测漏电IO端口漏电电流，并记录测试结果，继续执行208步骤；如果不是漏电管脚，继续向下执行。
208、配置芯片寄存器测试芯片IOH/IOL指标项电流测试并记录测试结果，根据测量的模块工作电流，PC控制软件存储并显示测试数据，启动PMU数控电压源测量单元，配置芯片成相应电压测试项，配置芯片寄存器，调用PMU的FIMV单元检测VOH\VOL等指标项，PC控制软件存储测试数据并显示结果，系统关闭PMU控制模块，调用信号扫描模块检测VIH\VIL等指标项，存储并显示结果，判断电压电流指标是否符合设计，如果不符合且没有超过规定的检测次数，记录失效的电量指标项检测数据，如果不符合且超过规定的检测次数，记录测试失效项、管脚编号和测试数据并保存，继续执行209步骤；符合设计，PC控制软件显示当前测试结果及存储统计电量类测试数据，根据配置文件切换测试管脚。
209、获取芯片测试顺序配置文件，管脚检测是否完成，如果没有完成，执行207、208步骤；如果管脚检测完成，判断电量模块检测是否完成，如果没有测量完成电量指标项模块，执行207、208、209步骤；如果测量完成电量指标项模块，则执行210步骤。
210、系统配置芯片寄存器调用PMU的FIMV单元检测ADCVS指标项，测试数据存储并显示结果，配置芯片寄存器测试芯片进入sleep&halt功耗等指标项测试，调用PMU的FVMI单元检测sleep&halt模式下电流并计算，存储统计ADCVS、sleep&halt功耗指标项测试数据并显示结果。
211、系统进入时钟频率类指标项检测，启动频率测量和信号扫描模块，调整电子开关切换至时钟频率输出端口，关闭电压控制模块，然后上电，使得芯片进入烧录模式，首先获取设计频率数据，配置芯片寄存器，调用频率测量模块测试此时时钟频率，判断时钟频率是否满足要求，满足设计要求，执行212步骤；否则，对芯片时钟进行校准，系统根据实际测量的频率数据和相关算法，计算出最佳时钟校准数据，然后写入校准寄存器中，调用频率测量模块测量时钟频率，继而比较实测频率与设计频率是否一致，如果不一致，重新计算频率校准数据并测量，超过规定次数，记录测试失效项、管脚编号和测试数据并保存，计算出频率偏差数据。
212、时钟频率指标符合设计，记录统计时钟频率类测试数据并保存，PC控制软件显示当前测试结果及测试数据，切换至下一个时钟频率测试项，是否完成内外部高低速频率检测，没有完成，顺序执行211、212步骤；如果完成内外部高低速频率检测，执行213步骤。
213、进入数字功能测量单元，电子开关切换至DFT管脚，关闭信号扫描模块，PC控制软件读取芯片配置文件获取被测芯片时序信息和功能模块测试指令，系统逐次给被测芯片发送时序信息和测试指令，同时获取反馈的测试结果，数字功能是否符合设计要求，不符合且没有超过规定复测次数，继续执行213步骤；不符合且超过规定复测次数，记录测试失效项、失效指令和测试数据并保存，执行214步骤；数字功能符合设计要求，数字功能指标符合设计，记录统计数字功能类测试数据并保存。
214、系统关闭测试模块、频率测量模块、电源模块及信号扫描模块等，显示数字功能当前测试结果及数据，对芯片测量数据统计分析，统计各测量单元数据并绘制图像显示，完成一次测试，系统进入命令接收状态，继续下一次被测芯片测试，PC控制软件对所有模块测试结果进行评估，对比设计指标并绘制差别图，以供用户参考。
215、系统进入手动测试程序，电压电流类测试，顺序执行204、205、206、207、208、209等步骤；ADC VS、及sleep&halt功耗类测试，执行210；时钟频率和时钟校准类测试，执行211、212等步骤；DFT数字功能类测试，执行214等步骤；完成以上手动测试后，统计并评估测量数据并绘制图像显示，完成一次测试，系统进入命令接收状态，继续下一次被测芯片测试，PC控制软件对单个模块测试结果进行评估，对比设计指标并绘制差别图，以供用户参考。
系统是每次对开短路、ADC VS电压、电压电流、功耗、直流电压和电流特性、内外部高低速时钟频率等指标项进行测试和评估的循环执行的一个过程，根据用户不同需求不断的测试、判断和命令的解析，目的是把研发设计阶段对产品进行性能分析和展示，实现自动化的测试和性能指标分析评估。
因此，本发明所实现的多处理器多芯片性能协同测试系统，实现双处理器控制、自适应电源控制、多芯片测试、管脚开短路检测、自动化测试、高精度信号扫描、系统自检技术、烧测一体等实际应用需求；采取一体化的性能评估平台对芯片的性能进行检测，模块化的开发思路最大程度的提高测试效率和系统的兼容性，同时具备在系统固件升级功能，被测芯片测试数据信息实时传输和保存在PC控制软件并显示实时波形，用户使用和数据收集分析方便；双处理器开发模式，由ARM作为主处理器，FPGA作协处理器用作高数数字通道扩展，采用主从设计思想，使得系统测试和数据处理效率大大提高；系统能够根据配置文件和芯片的类型自动产生烧录电压及工作电压等，集成模数混合检测模块PMU控制模块对压控和流控指标继续测试和评估；采用DAC小信号供给模块，有效的解决在高PGA时的芯片信号源问题；引入自适应电压控制技术，实现自动化电压补偿，解决系统稳定性、数据的准确性和重复测试的问题；系统将软硬件架构进行模块化设计，方便后续的维护及升级开发，整个过程自动完成，工作效率高，更好的展示产品性能指标，有利于控制产品的批量推广。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多处理器协同芯片性能评估系统，其特征在于所述系统包括有开短路检测模块、USB通信处理模块、PMU控制模块、信号扫描模块、电压控制模块、频率测量模块、测试指标评估模块、扩展测量模块，其中，
所述开短路检测模块，主要是完成对被测芯片管脚是否接触良好进行检测，系统检测到接触不良的芯片，提示用户重新放置，以确保测试数据的有效性；
所述USB通信模块主要负责上下位机的数据和命令传输，发送系统命令数据和接收PC控制软件发送的命令数据；
所述PMU控制模块，主要用于提供电源及激励信号和电压、电流测量调理信号，测量范围包含加流测压即驱动电流测量电压(FIMV)、加压测流即驱动电压测量电流(FVMI)；
所述信号扫描模块，主要由DAC信号量输出单元和OPA运放单元等组成，输出电压设置PE芯片的输出通道逻辑接口电平和输入阈值电压，以及电压源的限流控制；
所述电压控制模块，主要包含供电电压输出、烧录电压输出和电压校准基准等功能；
所述频率测量模块，频率在0.05Hz～25MHz保证测量精度5ppm，在1KHz以上信号测量时间1ms，在1KHz以下信号测量时间为1～2个信号周期；
所述测试指标评估模块，包含连接性检测、电压量测量单元、电流量测量单元、自适应电量调整单元、时钟频率测量单元和数字功能测量单元，连接性检测主要检测被测芯片与系统之间的电气连接特性；电压量测量单元主要提供激励信号电压、输入电压检测；电流量测量单元主要用于提供芯片输出电流测量；时钟频率测量单元使用系统的频率捕捉功能实现对被测芯片的时钟频率进行测量；自适应电压调整单元主要由信号扫描模块组成的高精度信号量供给；数字功能测量单元主要是对被测芯片的功能进行测量；
所述扩展测量模块，主要包含高速IO单元、串行译码单元，通过系统内部的FPGA协处理器完成被测芯片IO的拓展测量和串行接口译码功能。
2.如权利要求1所述的多处理器协同芯片性能评估系统，其特征在于所述开短路检测模块通过电子开关逐次选择被测芯片管脚对应的通道，测试系统控制PMU检测模块将检测端口连接至被测试芯片的电源、地和IO端口，把待测试芯片IO管脚按照奇偶分类，置被测芯片电压为低电平，然后开启PMU检测模块压控电流检测单元，分别置(-100uA～-500uA)和(100uA～500uA)的电流输入至芯片，PMU检测模块控制流控电压单元检测此时电压，根据芯片内部二极管的特性电压范围绝对值在(0.2V～1.2V)内，则认为芯片OS特性良好，否则检测确认仍旧不良，则判断芯片管脚开短路失效。
3.如权利要求1所述的多处理器协同芯片性能评估系统，其特征在于所述PMU控制模块集成有测量和侦测单元，能够自动反馈输出的测量电量，并根据此电量反馈给系统调节输入信号，以满足输出电量信号的准确性和稳定性。
4.如权利要求1所述的多处理器协同芯片性能评估系统，其特征在于所述信号扫描模块采用具有多通道输出的DAC，输出电压范围为0～5V。
5.如权利要求1所述的多处理器协同芯片性能评估系统，其特征在于所述电压控制模块，电路设计输出正负电压，正负电压范围为非对称设计，输出范围-5～10V，通过信号扫描模块输出电压控制，电压分辨率为3.66mV；所述电压控制模块，采用OPA设计，为防止芯片短路故障而引起的测试板整体故障，采用OPA设计加法器，通过DAC控制OPA最大输出电流。
6.如权利要求1所述的多处理器协同芯片性能评估系统，其特征在于所述频率测量模块使用两个32位的计数器在相同的时间内计数，外部计数器使用外部配测信号作为时钟，参考计数器使用内部系统时钟，由门控逻辑控制计数开始和结束的时间点，可以精确测量极低到高于参考频率的信号频率。
7.如权利要求1所述的多处理器协同芯片性能评估系统，其特征在于所述扩展测量模块的高速IO模块包含4个ioports模块，32个高速IO通道，IO接口速率大于20MHz；串行译码单元串行接口设备采用同步串行通信模式，通过串行接口配置译码器输出状态和读取译码器输出状态，最高通信速率16Mb/s。
8.一种多处理器协同芯片性能评估方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
101、系统上电，
102、系统模块供给电压精度自校准和外设模块自检成功，提示用户是否需要连接温控设备；
103、温控设备检查完毕及系统模块自检完成后，启动控制软件并开始上下位机握手，如果握手不成功，提示用户重新启动控制软件和系统重新插入USB通信接口；如果上下位机握手成功，系统开始检测芯片配置文件数据库，检测数据库不成功，提示用户需要拷入配置文件数据库；
104、系统进入芯片参数评估程序；
105、系统控制所有管脚输出低电平，检测管脚间电压V；
106、系统进入被测芯片ID检测环节；
107、系统开始进入电流电压类指标项检测；
108、配置芯片寄存器测试芯片IOH/IOL指标项电流测试并记录测试结果；
109、获取芯片测试顺序配置文件，管脚检测是否完成；
110、系统配置芯片寄存器调用PMU的FIMV单元检测ADCVS指标项，测试数据存储并显示结果；
111、系统进入时钟频率类指标项检测；
112、检测时钟频率指标是否符合设计，记录统计时钟频率类测试数据并保存；
113、进入数字功能测量单元，电子开关切换至DFT管脚，关闭信号扫描模块，读取芯片配置文件获取被测芯片时序信息和功能模块测试指令，系统逐次给被测芯片发送时序信息和测试指令，同时获取反馈的测试结果；
114、系统关闭测试模块、频率测量模块、电源模块及信号扫描模块，显示数字功能当前测试结果及数据，对芯片测量数据统计分析，统计各测量单元数据并绘制图像显示，完成一次测试。
9.如权利要求8所述的多处理器协同芯片性能评估方法，其特征在于所述方法还包括有：
115、系统进入手动测试程序，电压电流类测试，顺序执行104、105、106、107、108、109步骤；ADC VS、及sleep&halt功耗类测试，执行110步骤；时钟频率和时钟校准类测试，执行111、112步骤；DFT数字功能类测试，执行114步骤；完成以上手动测试后，统计并评估测量数据并绘制图像显示，完成一次测试，系统进入命令接收状态，继续下一次被测芯片测试，控制软件对单个模块测试结果进行评估。
10.如权利要求8所述的多处理器协同芯片性能评估方法，其特征在于所述105步骤中，打开继电器，并顺序切换到PMU检测管脚，开始调用PMU检测管脚采用加流测压的方法输出-100uA电流，检测管脚间电压V，判断被测芯片管脚间电压是否在0.2V至1.2V之间，如果不在范围内，判断是否满足规定检测次数，不满足则重新检测管脚间电压，重新执行105，如果超过规定次数，记录测试失效项、管脚编号和测试数据并保存；如果被测芯片管脚间电压在0.2V至1.2V之间，系统确定芯片接触良好，记录测试数据并保存，显示当前测试结果及测试数据，系统读取配置文件测试顺序表，配置文件切换测试管脚，确认下一个被测管脚，并判断是否测试完，没有测试完成，再次执行104、105步骤；开短路测试完成，系统需要进行芯片ID号检验，以确保所使用芯片使用户需要的，继而执行106步骤；
所述106步骤中；系统控制被测芯片掉电，然后上电，使得被测芯片进入烧录模式，发送checkid指令读取芯片ID值，获取配置文件ID设计数据，判断芯片ID数据是否正确，如果不正确且没有超过规定的读取次数，继续执行106步骤；如果不正确且超过规定的读取次数，记录失效ID芯片，提示用户OPTION区有数据，执行107步骤；芯片ID数据正确，读取被测芯片程序存储区数据，判断芯片是否为空片，如果芯片不为空且没有超过规定的读取次数，再次读取和检查芯片是否空片，超过规定读取次数，获取测试hex数据比较，如果不一致，记录失效ID芯片，提示用户OPTION区有数据，停止测试并提示用户换置芯片，程序跳转至101步骤顺序执行；如果一致，执行107步骤；如果芯片为空片，写入ID到被测芯片OPTION区，确认已经写入ID；
所述107步骤中；VIH\VIL\VOH\VOL\ADC VS\IOH\IOL\SLEEEP功耗\HALT功耗\漏电电流电量指标项，调用电压模块，分别对芯片供电使得被测芯片进入烧录模式和测试模式并读取测试hex文件并烧录，烧录完成测试hex文件，关闭系统电源，然后上电，调用PMU控制模块对输入输出电压电流等电量指标项进行检测，系统配置被测芯片寄存器使之进入电压电流测试项，控制软件发送芯片配置信息和漏电IO端口数据给系统，系统获取信息完成后，切换电子开关至芯片IO管脚，开始检测芯片电流类指标项，首先判断被测芯片当前管脚是否为漏电管脚，如果是漏电管脚，调用PMU的FVMI单元检测漏电IO端口漏电电流，并记录测试结果，继续执行108步骤；如果不是漏电管脚，继续向下执行；
所述108步骤中；根据测量的模块工作电流，存储并显示测试数据，启动PMU数控电压源测量单元，配置芯片成相应电压测试项，配置芯片寄存器，调用PMU的FIMV单元检测VOH\VOL指标项，存储测试数据并显示结果，系统关闭PMU控制模块，调用信号扫描模块检测VIH\VIL指标项，存储并显示结果，判断电压电流指标是否符合设计，如果不符合且没有超过规定的检测次数，记录失效的电量指标项检测数据，如果不符合且超过规定的检测次数，记录测试失效项、管脚编号和测试数据并保存，继续执行109步骤；符合设计，则显示当前测试结果及存储统计电量类测试数据，根据配置文件切换测试管脚。
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