CN1476174A - 片上系统的测试数据压缩编码、解码方法及专用解码单元 - Google Patents
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Abstract
片上系统的测试数据压缩编码、解码方法及专用解码单元，属于集成电路测试技术领域。为了解决现有技术中测试向量压缩效率较低，测试时间较长，不能够适应码流非等间距情况的问题，本发明公开了片上系统的测试数据压缩的编码方法，通过存储程序的计算机执行如下步骤：首先统计原始测试数据中0和1的比例，若原始测试数据中0的数据位少于1的数据位，则将所有的无关位指定为0，按0串编码；否则按1串编码。以位串为基本单元，将所述的测试数据切分开来，统计位串的长度，利用自适应的变长压缩方法编码表将位串长度转变为代码字，实现数据的压缩；解码方法是利用针对自适应的变长压缩方法制作的解码单元来进行解码的。
Description
技术领域
本发明属于集成电路测试技术领域。
背景技术
片上系统(SOC-System On Chip)的测试，非常关键的一个问题就是庞大且冗长的测试数据量影响测试效率的问题。通常片上系统都会包含多个IP(Intellectual Property)内核，而这些内核每一个都需要大量的测试向量来进行测试。这样的测试数据量不仅会超出一般商用自动测试仪器所能提供的存储空间和通道数目，而且也会大大延长测试时间。测试仪器的成本和测试时间是直接影响测试成本的关键因素之一。测试时间一般由以下一些因素决定：测试数据量；从测试仪器到待测模块的数据传输率；以及最大的扫描链长度。对于确定的测试仪器来说，其测试通道的容量、测试数据传输带宽都是确定的。因此可行的缩短测试时间的方法包括：压缩测试数据和重新构建扫描结构。所以进一步研究测试数据压缩的算法和实现方法，对于缩短测试时间具有重要的意义和实际应用价值。
现有压缩技术比较典型的有：传统游程算法与Golomb算法。传统游程编码是一种变长到定长的编码算法。Golomb编码是在传统的游程编码基础发展起来的一种改进算法，其最大的改进之处在于：改变原来从变长到定长的编码方式，而选择了变长到变长的方案，详见文献A.Jas and N.A.Touba，Test vector decompression via cyclical scan chains and itsapplication to test core-based design，Proceedings of International Test Conference，1998，page(s)：458-464。但此方案不足之处在于它不能够适应码流非等间距情况。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中对巨大或超大测试向量压缩效率较低，测试时间较长，不能够适应码流非等间距情况的问题。
由于测试数据本身具有独特的属性，如可指定性、无序性、不均性等，因此需要根据其特性设计具有更好适应性的压缩算法才能获得更加理想的压缩效率和稳定性。
本发明提出了片上系统的测试数据压缩编码、解码方法，其特征在于：
首先，通过存储程序的计算机对测试数据进行压缩编码，包括如下步骤：
1)进行测试数据游程的分析，即统计原始测试数据中0和1的比例，若原始测试数据中0的数据位少于1的数据位，则将所有的无关位指定为0，按0串编码；否则将所有的无关位指定为1，按1串编码；
2)以位串为基本单元，将所述的测试数据切分开来，统计位串的长度，利用自适应的变长压缩方法编码表将位串长度转变为代码字，实现测试数据的压缩；
然后，利用测试设备将压缩的数据导入待测的片上系统；在待测的片上系统配置针对自适应的变长压缩方法制作的解码单元来进行解码，解码单元包括相互连接的有限状态机、计数器和发送控制器，所述有限状态机读入压缩数据，每次串行读入2位数据为一个状态，根据压缩数据代码字的不同而进入不同的状态，并由此对计数器进行置位，发送控制器根据有限状态机的发来的编码输出状态和计数器送来的数据，将解码后的数据发送给系统芯片的内部扫描测试逻辑电路，完成压缩数据的解码。
所述的自适应的变长压缩方法编码表通过如下方法制得：
根据编码数据中位串的长度分布进行分组，A1、A2、A3、...、An，考虑一个长度为L的位串，分组时将分属于Aj，其中，j＝[log2(L+3)]-1，[]为取整符号；
在每个分组中包含2的幂指数个元素，每个位串长度对应一个代码字；
代码字的构成以00、01、10和11这4种两位二进制数字串为基本编码元素，代码字分为前缀和后缀，前缀为变长字段，由01和11两种字串构成；后缀为定长字段，由00和10两种字串构成。
所述位串长度L的最大值的优化取值范围为16～64。
本发明还提供了一种实现片上系统的测试数据解码方法的专用解码单元，包括相互连接的有限状态机、计数器和发送控制器；解码单元的发送时钟送入所述的计数器和发送控制器，所述发送时钟分频得到的测试时钟和数据输入信号进入所述的有限状态机；有限状态机分别将设定计数器初态信号和编码输出状态信号送给计数器和发送控制器；计数器将编码数据信号发给所述的发送控制器；所述发送控制器将数据输出信号送到片上系统的内部扫描测试逻辑电路，然后给出编码完成信号到与解码单元相连的外部控制单元。
采用本发明所述的编码方法，经编码后的测试数据是原测试数据的50％-70％，对于像测试MPEG2芯片的超大型数据，压缩后的数据是原来数据的1/3-1/10，利用所述的解码单元进行解码后测试集成电路芯片是可行的。
附图说明
图1为代码字长度比较图。
图2为专用解码单元的结构示意图。
图3为三种压缩方法的压缩率比较图。
具体实施方式
下面结合图表来进一步详细说明本发明。
本发明所述的片上系统的测试数据压缩编码、解码方法：
首先，通过存储程序的计算机对测试数据进行压缩编码，采用自适应变长压缩方法，(即SAC算法)，包括如下步骤：
1)进行测试数据游程的分析，即统计原始测试数据中0和1的比例，若原始测试数据中0的数据位少于1的数据位，则将所有的无关位指定为0，按0串编码；否则将所有的无关位指定为1，按1串编码；
2)以位串为基本单元，将所述的测试数据切分开来，统计位串的长度，利用自适应的变长压缩方法编码表将位串长度转变为代码字，实现测试数据的压缩；
然后，利用测试设备将压缩的数据导入待测的片上系统；在待测的片上系统配置针对自适应的变长压缩方法制作的解码单元来进行解码，解码单元包括相互连接的有限状态机、计数器和发送控制器，所述有限状态机读入压缩数据，每次串行读入2位数据为一个状态，根据压缩数据代码字的不同而进入不同的状态，并由此对计数器进行置位，发送控制器根据有限状态机的发来的编码输出状态和计数器送来的数据，将解码后的数据发送给系统芯片的内部扫描测试逻辑电路，完成压缩数据的解码。
本发明所述的数据压缩编码方法采用不等间距编码方式，即在进行分组时，每个组的大小根据其出现频率进行了适当的调整。
首先，根据测试数据中位串的长度分布进行分组，A1、A2、A3、...、An，n由最长的位串长度Lmax决定，其中，n＝[log2(Lmam+3)]-1，[]为取整符号；Lmax的优选取值范围为16～64。
考虑一个长度为L的位串，分组时将分属于Aj，其中，j＝[log2(L+3)]-1，[]为取整符号；
在每个分组中包含2的幂指数个元素，例如第i个分组Ai会包含2i个元素；每个位串长度对应一个代码字；
代码字的构成以4种两位二进制数字串为基本编码元素，即00、01、10和11。代码字可分为前缀和后缀。前缀为变长字段，由01和11两种字串构成；后缀为定长字段，由00和10两种字串构成。
如表1所示，组成0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13......分别按A1、A2、A3三组构成编码，依据前缀和后缀按照01、11和00、10进行编码，如A1组的0，其前缀：无，后缀为0，则其编码为00；A3组6和7，它们的前缀均是由01编码组成的字段0101构成，而6的后缀是00，7的后缀是10，则6、7的编码分别是010100，010110等等。在A1、A2、A3三组之后，有A4......，它们构成规则相同，前缀仍是由01、11组成的字段构成，所不同的是前缀字段长度要比A3长，而后缀仍然是两位，即00、10，整个编码长度是呈对准对数关系增加。
如表1所示，可以为任意长度的位串编制代码字。
表1 自适应的变长压缩方法编码表(即SAC算法编码表)
| 分组 | 游程(位串长度) | 前缀 | 后缀 | 代码字 |
| A1 | 0 | 00 | 00 | |
| 1 | 10 | 10 | ||
| A2 | 2 | 01 | 00 | 01 00 |
| 3 | 01 | 10 | 01 10 | |
| 4 | 11 | 00 | 11 00 | |
| 5 | 11 | 10 | 11 10 | |
| A3 | 6 | 01 01 | 00 | 01 01 00 |
| 7 | 01 01 | 10 | 01 01 10 | |
| 8 | 01 11 | 00 | 01 11 00 | |
| 9 | 01 11 | 10 | 01 11 10 | |
| 10 | 11 01 | 00 | 11 01 00 | |
| 11 | 11 01 | 10 | 11 01 10 | |
| 12 | 11 11 | 00 | 11 11 00 | |
| 13 | 11 11 | 10 | 11 11 10 | |
| ... | ... | ... | ... | ... |
SAC编码还具有以下一些基本属性：
●前缀所采用的基本编码元素都以1为末位值，而后缀所采用的基本编码元素都以0为末位值。结果是当且仅当代码字中基本编码元素的末位为0时，该位为当前的代码字的结束位，下一位为新代码字的起始位；
●每个分组所对应的代码字依次递增两位；
根据以上所定义的编码方式，可以得到长度为L的位串都将映射成Es位代码字，其中：
Es＝([log2(L+3)]-1)×2 公式3
传统的游程(run-length)算法和Golomb算法中，代码字长度与原始数据长度的比例都是类似线性的关系，而SAC算法中代码字长度与原始数据长度则是类似对数的关系，如图1所示。其中传统游程算法的块参数选定为4，Golomb算法的编码参数选定为3，本发明用到的SAC算法的块参数是一个自适应参数，拟选为公式3计算出的结果。可以看到当位串的长度小于20时，三种算法的代码字长度比较接近，相互交错。但当位串长度大于20之后，SAC算法表现出明显优势。
电路实现装置对于测试数据压缩方法来说是至关重要的因素之一。因为如果采用了测试数据压缩方法，那么在可测性设计中必须要增加一个解码单元来恢复原始的测试数据。这个解码单元必须控制在一定的规模范围内，同时又要具有较好的扩展性，以便于自动测试生成。
为SAC算法所设计的解码单元如图2所示，该解码单元包括相互连接的有限状态机、计数器和发送控制器；解码单元的发送时钟Clkh送入所述的计数器和发送控制器，所述发送时钟Clkh分频得到的测试时钟Clkl和数据输入信号Sin进入所述的有限状态机；有限状态机将设定计数器初态信号送给计数器通知计数器按给定编码初态计数，将编码输出状态信号送给发送控制器通知发送控制器按给定状态输出编码后数据；计数器将编码数据信号发给所述的发送控制器；所述发送控制器将数据输出信号Sout送到片上系统的内部扫描测试逻辑电路，然后，发送控制器输出编码完成信号ready到与解码单元相连的外部控制单元，报告本段测试数据编码完成，可以送入后续的测试数据。
根据实际电路以及测试设备的特点，解码单元采用的是低频扫入，高频扫出的工作方式。低频时钟Clkl为测试数据在测试仪器与待测芯片间的传送频率。高频率时钟Clkh为解码单元的发送时钟，该频率由电路的扫描链特性决定。可以根据电路的设计指标，参考测试时间和测试功耗等因素来确定。Clkl与Clkh应保持同步，由Clkh分频得到。分频的倍数需要根据测试数据中最长的位串长度、Clkh以及测试设备的性能来综合决定。
以基于0位串的压缩为例，当需要解码一个长度为8的0位串(代码字为011100)时，解码单元的动作过程如下：
●初始状态：计数器清零；发送控制器于空闲状态；有限状态机处于等待状态。
●读入01：发送控制器仍然于空闲状态；有限状态机控制下将计数器置为2，表示需要发送2个连续的0。
●读入11：发送控制器以Clkh的频率，按计数器中的值发送2个连续的0；有限状态机控制下将计数器置为6。
●读入00：发送控制器以Clkh的频率，按计数器中的值发送6个连续的0；有限状态机控制下将计数器置为0，进入结束状态。
●读入下一个压缩数据的前两位：发送控制器发送结束位1；有限状态机根据解码结果写计数器。
以上即为一个简单实例的具体操作过程，其中有限状态机对计数器的置位可根据表2确定，更长的代码字也可依照此表推算得到。
表2 代码字与计数器置位数值映射表
| 代码字 | 计数器置位 | 代码字 | 计数器置位 |
| 00 | 0 | 01-01-01-10 | 2-4-8-1 |
| 10 | 1 | 01-01-11-00 | 2-4-10-0 |
| 01-00 | 2-0 | 01-01-11-10 | 2-4-10-1 |
| 01-10 | 2-1 | 01-11-01-00 | 2-6-10-0 |
| 11-00 | 4-0 | 01-11-01-10 | 2-6-10-1 |
| 11-10 | 4-1 | 01-11-11-00 | 2-6-12-0 |
| 01-01-00 | 2-4-0 | 01-11-11-10 | 2-6-12-1 |
| 01-01-10 | 2-4-1 | 11-01-01-00 | 4-6-12-0 |
| 01-11-00 | 2-6-0 | 11-01-01-10 | 4-6-12-1 |
| 01-11-10 | 2-6-1 | 11-01-11-00 | 4-6-14-0 |
| 11-01-00 | 4-6-0 | 11-01-11-10 | 4-6-14-1 |
| 11-01-10 | 4-6-1 | 11-11-01-00 | 4-8-14-0 |
| 11-11-00 | 4-8-0 | 11-11-01-10 | 4-8-14-1 |
| 11-11-10 | 4-8-1 | 11-11-11-00 | 4-8-16-0 |
| 01-01-01-00 | 2-4-8-0 | 11-11-11-10 | 4-8-16-1 |
采用ISCAS89 benchmark电路的全扫描形式，对传统游程(run-length)算法、Golomb算法以及SAC算法进行压缩效率的比较，如表3所示。
表3 三种压缩算法的压缩效率比较
| 电路 | 原始测试向量位数 | 最长位串 | 游程算法压缩后位数 | Golomb算法压缩后位数 | SAC算法压缩后位数 |
| S510f | 1500 | 32 | 1080 | 1038 | 998 |
| S641f | 4806 | 81 | 2436 | 2074 | 1848 |
| S713f | 4752 | 86 | 2406 | 2056 | 1828 |
| S838f | 12596 | 110 | 6084 | 5054 | 3934 |
| S953f | 5445 | 72 | 2748 | 2389 | 2196 |
| 电路 | 原始测试向量位数 | 最长位串 | 游程算法压缩后位数 | Golomb算法压缩后位数 | SAC算法压缩后位数 |
| S5378f | 122836 | 391 | 52974 | 39665 | 20608 |
| S9234.1f | 172406 | 328 | 76881 | 62234 | 46896 |
| S15850f | 287170 | 721 | 272757 | 260588 | 199928 |
| S38417f | 1946880 | 2860 | 1629297 | 1508437 | 1030930 |
从表3的数据以及图3可以看出，由于SAC在保持短位串压缩效率的情况下，进一步提高了对长位串的压缩效率，因此总体压缩效率要优于传统游程(run-length)算法和Golomb算法。采用本发明所述的SAC数据压缩方法效率稳定，基本保持在70％-50％之间。而且随着电路规模的增大，其压缩效率的优势更加明显。
Claims (4)
1.片上系统的测试数据压缩编码、解码方法，其特征在于：
首先，通过存储程序的计算机对测试数据进行压缩编码，包括如下步骤：
1)进行测试数据游程的分析，即统计原始测试数据中0和1的比例，若原始测试数据中0的数据位少于1的数据位，则将所有的无关位指定为0，按0串编码；否则将所有的无关位指定为1，按1串编码；
2)以位串为基本单元，将所述的测试数据切分开来，统计位串的长度，利用自适应的变长压缩方法编码表将位串长度转变为代码字，实现测试数据的压缩；
然后，利用测试设备将压缩的数据导入待测的片上系统；在待测的片上系统配置针对自适应的变长压缩方法制作的解码单元来进行解码，解码单元包括相互连接的有限状态机、计数器和发送控制器，所述有限状态机读入压缩数据，每次串行读入2位数据为一个状态，根据压缩数据代码字的不同而进入不同的状态，并由此对计数器进行置位，发送控制器根据有限状态机的发来的编码输出状态和计数器送来的数据，将解码后的数据发送给系统芯片的内部扫描测试逻辑电路，完成压缩数据的解码。
2.根据权利要求1所述的测试数据压缩编码、解码方法，其特征在于所述的自适应的变长压缩方法编码表通过如下方法制得：
根据编码数据中位串的长度分布进行分组，A1、A2、A3、...、An，考虑一个长度为L的位串，分组时将分属于Aj，其中，j＝[log2(L+3)]-1，[]为取整符号；
在每个分组中包含2的幂指数个元素，每个位串长度对应一个代码字；
代码字的构成以00、01、10和11这4种两位二进制数字串为基本编码元素，代码字分为前缀和后缀，前缀为变长字段，由01和11两种字串构成；后缀为定长字段，由00和10两种字串构成。
3.根据权利要求1或2所述的测试数据压缩编码、解码方法，其特征在于：所述位串长度L的最大值的优化取值范围为16～64。
4.实现权利要求1所述片上系统的测试数据解码方法的专用解码单元，其特征在于：该解码单元包括相互连接的有限状态机、计数器和发送控制器；解码单元的发送时钟送入所述的计数器和发送控制器，所述发送时钟分频得到的测试时钟和数据输入信号进入所述的有限状态机；有限状态机分别将设定计数器初态信号和编码输出状态信号送给计数器和发送控制器；计数器将编码数据信号发给所述的发送控制器；所述发送控制器将数据输出信号送到系统芯片的内部扫描测试逻辑电路，然后给出编码完成信号到与解码单元相连的外部控制单元。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |