基于位流回读的Virtex Ⅱ芯片内嵌IP核的测试方法的研究

摘要

由于FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)的现场可重复性编程的特点,FPGA越来越被广泛的应用于航空、航天、通信、医疗等各个领域。随着集成电路工艺技术的不断进步,FPGA的集成度越来越高,功耗越来越低,功能也越来越强大,因此相对于ASIC(Application Specific Integrated Circuit)的劣势也在不断的减小,优势不断的凸显出来。FPGA内部不仅集成有大量的逻辑门,而且集成有大量的嵌入式IP核,如Block RAM、乘法器、DLL等,FPGA的发展方向也越来越向SoPC(System-on-a-Programmable-Chip)的方向发展。同时为了保证FPGA的可靠性与稳定性,FPGA的测试也越来越被重视。国内外的许多学者对FPGA内的逻辑资源与嵌入式IP核的测试方法进行了研究,并提出了多种测试方法。
　　本文从FPGA内部的嵌入式IP核的可靠性问题出发,在本实验室开发的基于边界扫描和位流回读的FPGA测试系统的基础上开展了对Xilinx公司的Virtex II系列FPGA中的Block RAM、乘法器等嵌入式IP核的测试方法的研究。本论文包含的内容主要包括以下几个部份:
　　(1)、查阅Xilinx官方资料,对Virtex II系列 FPGA的内嵌IP核Block RAM、乘法器的工作原理及结构进行研究,以便更好的对Block RAM、乘法器进行功能性测试。
　　(2)、本实验室开发了一个基于边界扫描和位流回读的 FPGA测试系统,该测试系统硬件结构简单,只需要一跟 USB-JTAG电缆线,主要是软件部分的实现,最大程度上削减了测试的硬件成本。
　　(3)、查阅国内外相关资料,在本实验室开发的基于边界扫描和位流回读的FPGA测试系统的基础上,分别提出来了针对 Block RAM、乘法器的测试方法,并在本实验室开发的FPGA测试系统上进行验证。
　　本论文结合Virtex II系列 FPGA的实际结构,通过参考现有的测试方法,在本实验室开发的FPGA测试系统的基础上,分别提出了针对FPGA内部的嵌入式IP核Block RAM、乘法器的测试方法,并将我们的测试系统与测试方法有机的结合在一起,能够对FPGA内部的嵌入式IP核进行全自动化测试。

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第一章 绪 论

1.1 课题背景和研究意义

1.2 现有的FPGA测试方法

1.3 本课题的主要研究内容

1.4 论文章节安排

第二章 Virtex II系列FPGA的内嵌IP核的结构和工作原理

2.1 Virtex II系列FPGA的Block RAM的基本结构和工作原理

2.2 Virtex II系列FPGA的嵌入式乘法器的基本结构和工作原理

2.3 本章小结

第三章 基于边界扫描和位流回读的FPGA测试系统

3.1基于边界扫描和位流回读的FPGA测试系统的构架

3.2 基于边界扫描和位流回读的FPGA测试系统的工作原理

3.3 本章小结

第四章 Virtex II系列FPGA内嵌IP核的测试方法

4.1基于位流回读的FPGA测试方法

4.2 Block RAM的测试算法

4.3乘法器的测试算法

4.4 本章小结

第五章 Virtex II系列FPGA内嵌IP核的测试实验

5.1 FPGA的故障注入方法

5.2 FPGA的设计文件

5.3 FPGA内嵌IP核的测试实验

5.4 测试评估

5.5 本章小结

第六章 总 结

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果