新型的嵌入式存储器测试算法

2011-06-22官枫林习友宝

单片机与嵌入式系统应用 2011年12期

官枫林，习友宝

（电子科技大学电子工程学院，成都610000）

引言

随着微电子产业日新月异的发展，ⅠC设计的规模与集成度越来越大。SoC是现阶段ⅠC设计的标准结构之一，通常由CPU核、存储器、逻辑电路、各种外设及接口组成，而存储器通常占据芯片的绝大部分。常用的嵌入式存储器有ROM、Flash、SRAM、DRAM等。典型的存储器的基本结构如图1所示，存储器主要由地址线、数据线、控制线、地址译码器、存储单元阵列、输入／输出电路、读出放大器、写驱动电路等部分组成。

图1 存储器的基本结构

嵌入式存储器的测试主要分为3类［1］：

① 直流参数测试（DC Parameter Testing）——校验工作电流、电平、功率、扇出能力、漏电流等参数特性。

② 交流参数测试（AC Parameter Testing）——检测建立时间、保持时间、访问时间等时间参数特性。

③ 功能测试（Functional Testing）——测试存储器件的逻辑功能是否正常，对存储单元、读出放大器、写驱动等产生的物理故障进行检测。

本文主要讨论第3类中嵌入式存储器的功能测试。

1 采用的方法

现有的嵌入式存储器测试算法都是直接对存储器内部单元直接测试［2］，所用的算法在测试复杂度和故障覆盖率之间难以找到一个平衡点。本文介绍的方法采用外围互连线测试和内部单元结合的测试算法，摒弃了以往只是测试内部单元的算法，提高了测试效率，故障覆盖率也有所提升。

外围互连线测试：假设存储器本身功能正常，控制线也总是可控的，故障只是由于器件装配引起的，需要对存储器的地址线和数据线可能的短路和开路故障进行测试。

内部单元测试：对存储器的译码、读写等功能进行测试。

两种测试的目的不一样。内部单元测试的目的在于判断内存单元的好坏，所以在程序设计中只要发现故障就可以终止退出，同时报告发生故障的内存单元；外围互连测试的目的不仅仅在于发现故障，而且还要求能对故障进行精确定位。所以在算法设计中需要将这两步测试过程按顺序执行完毕。

2 嵌入式存储器测试的故障模型

对故障机理进行分析，建立相应的故障模型是产生算法的前提。

2.1 外围互连线测试的故障模型

对于外围互连线，本文采用的是固定故障模型，固定故障也是存储器外围互连线的主要故障。固定故障模型包括固定逻辑故障、固定开路故障和桥接短路故障。固定逻辑故障是指由于物理缺陷，数据线或者地址线的状态不受输入的控制，绑定到逻辑0或者1状态，包括 S－A－1（Stuck－at－1）和 S－A－0（Stuck－at－0）故障。而在外围互连线测试中，固定开路故障和桥接短路故障往往可以等价于S－A－0或S－A－1的固定逻辑故障，在此不作赘述。

2.2 内部单元测试的故障模型

对于内部单元，除了上文提到的类似的固定逻辑故障和固定开路故障模型，还有状态转换故障（transition fault）、数据保持故障（data－maintaining fault）、状态耦合故障（coupling fault）和多重写入故障（multiple access fault）等［4－5］。

状态转换故障：0→1或1→0的状态转换至少有一个不被正确执行。

数据保持故障：存储单元无法保持一个逻辑值持续一定的时间。

状态耦合故障：当且仅当单元j处于某一个特定状态y（y∈｛0，1｝）时，单元i总是为某一个确定值x（x∈｛0，1｝），则称单元i耦合于单元j。耦合关系不一定具有对称性，也就是说单元i耦合于单元j，并不一定单元j也耦合于单元i。

多重写入故障：对单元i写入x（x∈｛0，1｝）导致单元j也写入了x，则称单元i有多重写入故障。多重写入故障不一定具有对称性。

3 存储器的测试算法

目前存储器的测试算法中比较著名的有March算法及其各种变种算法、Gallop算法，这些算法太过复杂，测试效率不高［5］。本文所提出的算法不仅故障覆盖率能够达到实际应用标准，而且测试效率有明显提高。

3.1 外围互连线的测试算法

存储器外围互连线包括控制线、数据线和地址线。对于控制线的测试没有比较规范的测试方法，但是如果控制线存在故障，存储器基本无法正常工作。一般而言，控制线的故障在对数据线和地址线的简单测试中就能被发现，所以不作专门测试。

数据线和地址线的测试的目的不只是发现故障，更主要的是精确定位故障以便很容易地进行修复或更换。采用“三步法”，该算法不仅能够精确地定位故障，而且还能区分固定逻辑故障和桥接短路故障这两种不同类型，具体算法如表1所列。

表1 外围互连线测试“三步法”

第一步测试数据线是否存在开路故障和固定逻辑故障，第二步测试数据线是否存在短路故障，第三步测试地址线是否存在开路或短路故障。在第二步测试结束时进行数据线故障诊断，在第三步测试结束时进行地址线故障诊断。

3.2 内部存储单元测试算法

内部单元的测试算法［2］有Checkboard测试、MSCAN算法、March算法、GALPAT、跨步法等算法，本文对内部存储器单元进行测试，采用如图2所示的棋盘和跨步相结合的算法，在检测数据单元时采用棋盘图形，在检测地址译码时采用跨步图形，将棋盘测试法和跨步法各自的优点合二为一。

图2 棋盘跨步相结合算法

4 测试结果

将本文所涉及的算法进行测试效率与故障覆盖率的分析，并将结果进行比较，如表2所列。其中d为地址线数目，n为数据线数目，M为待测存储器空间大小，一般M＝2d。从表中可以看出这些算法的测试效率比典型的March算法效率高很多，三步法的测试复杂度只有4（n＋d＋1），棋盘跨步相结合的算法的测试复杂度也有5M，在故障覆盖率也满足应用要求，完全可以为实际项目所采用。