一种FPGA验证与测试方法介绍

2012-12-05张凯虹万书芹

电子与封装 2012年7期

关键词：管脚配置文件二进制

张凯虹，陈诚，万书芹

（中国电子科技集团公司第58研究所，江苏无锡 214035）

1 引言

FPGA是电子设计领域中最具活力和发展前途的一项技术。随着它的广泛应用，其可靠性变得越来越突出，电子元器件可靠性试验和筛选越来越重要。测试已成为制约FPGA实际应用的一个关键因素[1]。

基于ATE的FPGA测试的关键是如何生成对FPGA进行配置的测试向量，特别是不依赖于产品设计的条件下。本文基于PC、ATE与自制转换软件，对FPGA验证与测试开发技术进行研究。通过对FPGA的实际测试，达到了很好的效果，证明了实用性。

2 生成对FPGA进行配置的测试向量

一般实现FPGA配置的方式有两种，一种是将配置文件存放在FPGA外的PROM或EPROM中，系统加电后配置文件自动加载到SRAM中；另一种是将测试系统用作一个处理器，通过数字通道将配置数据加载到SRAM中[2]。本文采用第二种方法实现FPGA的在线配置。

2.1 配置模式

FPGA根据配置模式管脚（M0、M1、M2）的不同输入，产生8种配置模式[3]。由于测试FPGA的过程中需要多次“配置－测试”过程，其中配置占用时间相对比较长。从并模式的数据宽度为8位，与其他配置模式相比速度快8倍，所以选用从并作为测试配置模式。此模式为系统加载FPGA配置程序提供了最简单的接口。数据D0～D7和时钟CCLK可同时从外部提供。

2.2 配置数据格式

配置比特流是由ISE调用BitGen程序把布局布线后的约束文件转换为二进制文件，由于FPGA可能的配置文件有五种[4]，其中bin的二进制文件不仅可用于定制的配置方案还可存储于第三方PROM，符合本测试方案要求。图1是bin二进制文件。该类文件不含文件头信息。0Xaa995566是同步字，0X30008001是器件ID，之后数据为配置帧。

图1 FPGA.bin配置文件

2.3 配置数据转换

为实现bin文件到机器可识别的atp文件的转换，特设计小型软件如图2所示。该软件使用C语言编制，将bin文件按特定方式分离成D0～D7的向量文件。转换后文件不仅包含了bin中D0～D7的信息，还增加了从并模式中其他管脚的输入/输出信息，提高编码效率。图3为转换后的文件格式。根据图4配置流程可以看出增加的信息包括外部输入CCLK信号，PROGRAM信号拉低，验证INIT是否变高，CRC校验后INIT与DONE信号的输出验证。

3 基于ATE的FPGA测试

3.1 对FPGA进行测试

由于本文的试验对象是XCV1000，芯片规模比较大。同时FPGA的测试需要多次“配置－测试”过程，对测试向量的深度要求比较高。所以本文以Teradyne的UltraFLEX为测试平台，该ATE的测试管脚数可达1 024个，测试向量深度达256M，测试频率可达2GHz，完全满足市场上多数FPGA的测试要求。

图2 转换软件

图3 转换后的文件形式

3.2 对FPGA进行配置

使用2.3的方法将bin文件转换成ATE识别的可配置文件。生成的配置文件导入到ATE后，可将其作为普通的功能码进行测试。为了验证FPGA是否完成配置，在结尾处增加一小段测试码，即DONE信号输出为高，INIT信号输出为高，如图4所示。若这两个信号输出正确说明配置成功。为了观察直观与调试，本文使用的DUT在DONE信号的输出增加了一个LED。