基于導(dǎo)航接收機(jī)的DSP外設(shè)存儲(chǔ)器行進(jìn)測(cè)試技術(shù)

DSP作為電子系統(tǒng)中數(shù)字運(yùn)算的核心，所操作數(shù)據(jù)的正確性是系統(tǒng)正常運(yùn)行的基本保證。以導(dǎo)航接收機(jī)中的DSP應(yīng)用為例，捕獲跟蹤、信號(hào)解調(diào)、電文格式轉(zhuǎn)換、多徑抑制、抗干擾等實(shí)時(shí)任務(wù)每時(shí)每刻都在進(jìn)行比特信息的交互。作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)站，存儲(chǔ)器的任何物理故障都有可能導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的異常。因此，需要一種快速有效的存儲(chǔ)器測(cè)試算法對(duì)DSP外設(shè)存儲(chǔ)器進(jìn)行實(shí)時(shí)功能驗(yàn)證和檢測(cè)，確保器件沒有物理故障[1]。本方法專門針對(duì)存儲(chǔ)器中AF、SAF、SOF、TF、CF故障的檢測(cè)，如圖1中虛線框內(nèi)所示。

在已有的故障檢測(cè)算法中，Checkerboard算法的測(cè)試向量類似于國(guó)際象棋中黑白相間的棋盤格，使用0-1間隔的測(cè)試序列寫入存儲(chǔ)器，運(yùn)行時(shí)間為O(N)，但故障覆蓋率較低[2]。Galpat算法遍歷了每個(gè)比特對(duì)其他比特的影響，可以檢測(cè)所有非鏈接的靜態(tài)故障，但運(yùn)行時(shí)間為O(N2)[3]。在現(xiàn)有工藝條件下，完成一片兆字節(jié)容量的存儲(chǔ)器的Galpat測(cè)試需要幾百年。行進(jìn)算法是工業(yè)中經(jīng)常使用的存儲(chǔ)器測(cè)試算法，如MATS++、March X、March C-等[4]，其運(yùn)行時(shí)間為O(N)，具有較高的故障覆蓋率，但通常不能覆蓋所有靜態(tài)非鏈接故障。

??? 本文在考慮存儲(chǔ)器靜態(tài)非鏈接故障的基礎(chǔ)上，以字作為基本檢測(cè)單元，提出了一種可以檢測(cè)所有SAF、TF、AF、SOF、CF故障的行進(jìn)測(cè)試方案，其運(yùn)算量為(11N+5v)/u+2N，其中，每個(gè)字為u比特，u=2v。

1 故障模型與定義

??? 本文采用文獻(xiàn)[2]通用的術(shù)語定義。

1.1 術(shù)語定義

??? 為了方便描述以字作為基本檢測(cè)單元的故障檢測(cè)方法，補(bǔ)充定義以下術(shù)語：

??? · u：一個(gè)字的比特?cái)?shù)，u=2v（v為非負(fù)整數(shù)）。

??? · P：u比特的測(cè)試向量字。

??? · P0：全0測(cè)試向量字。P0=bu…b2b1，bu=…=b2=b1=0。

??? · M：某個(gè)基于比特的行進(jìn)測(cè)試算法，由一系列行進(jìn)序列組成。

??? · MP：M對(duì)應(yīng)的基于字的行進(jìn)測(cè)試算法，P是u比特的測(cè)試向量字。

1.2 存儲(chǔ)器故障模型

??? 存儲(chǔ)器靜態(tài)非鏈接故障包括單個(gè)單元故障和耦合故障。

??? (1)單個(gè)單元故障

??? 單個(gè)單元故障包括：SAF、SOF、AF和TF，其分類及檢測(cè)序列如表1所示。

?(2)耦合故障

耦合故障是一個(gè)單元的邏輯值受另一個(gè)單元的影響。包括：①CFin故障（inversion Coupling Fault）是指單元i翻轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致單元j翻轉(zhuǎn)；②CFid故障(idempotent Coupling Fault)是指單元i翻轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致單元j的邏輯值為某個(gè)定值（0或1）；③CFst故障（state Coupling Fault）是指單元i賦值為某個(gè)定值時(shí)，會(huì)導(dǎo)致單元j的邏輯值為某個(gè)定值（0或1）。耦合故障列表如表2所示。

2 基于字的行進(jìn)算法

2.1 基于比特的行進(jìn)與基于字的行進(jìn)

??? 基于比特的行進(jìn)會(huì)遍歷所有的比特單元，而基于字的行進(jìn)則是遍歷所有的字單元。對(duì)于N比特的存儲(chǔ)器，兩種行進(jìn)方式的差異如表3所示。

目前大多數(shù)存儲(chǔ)器讀寫操作是基于字的。對(duì)于N比特存儲(chǔ)器，如果一個(gè)字為u比特，則對(duì)于相同的行進(jìn)序列，基于字的行進(jìn)與基于比特的行進(jìn)相比，測(cè)試時(shí)間減少到原來的1/u；基于字的行進(jìn)測(cè)試缺點(diǎn)在于故障檢測(cè)率會(huì)下降，需要更多的測(cè)試向量字來提高故障檢測(cè)率。

2.2 字中耦合故障和字間耦合故障

??? 耦合故障分為字中耦合和字間耦合兩種情況，如圖2所示。字中耦合故障是指同一個(gè)字內(nèi)的兩個(gè)比特i和j，比特i的狀態(tài)變化或操作會(huì)引起比特j邏輯值故障；字間耦合故障是指比特i和j分別處于兩個(gè)不同的字中，比特i的狀態(tài)變化或操作會(huì)引起比特j邏輯值故障。

?由圖2可以看出，如果M可以檢測(cè)出所有的CF故障，則MP0可以檢測(cè)出所有的字間耦合故障，但通常只能測(cè)出一部分字中耦合故障。

2.3 基于字的故障檢測(cè)

??? 為了能夠檢測(cè)出所有的SAF、TF、AF、SOF、CF故障，考慮以字為基本檢測(cè)單元，采用下面的行進(jìn)序列進(jìn)行故障檢測(cè)：

其中：

??? 存儲(chǔ)器共N比特，每個(gè)字為u比特，u=2v。

P0=bu…b2b1，則bu=…=b2=b1=0

??? PAj=bu…b2b1，則當(dāng)i mod 2j>2j-1時(shí)，bi=1，i=1，2，…，u。

??? PBj=bu…b2b1，則當(dāng)i≤j時(shí)，bj=1；當(dāng)i>j時(shí)，bi=0。

??? 結(jié)論1：M0可以檢測(cè)所有的SAF、TF、AF故障，以及所有的<↑；→>、<↓；→>、<；←>、<↑；←>、<↓；←>、<；←>、<↑；>、<↓；>、<↑；1/0>、<↓；0/1>、<0；0/1>、<1；1/0>故障。

??? 證明：M0對(duì)應(yīng)的基于比特的行進(jìn)算法為March C-。March C-可以檢測(cè)出所有的SAF、TF、AF、CFin、CFst、CFid[4]，因此M0可以檢出所有的SAF、TF、AF、字間CFin、字間CFst、字間CFid。下面考察M0對(duì)字中CF故障的檢測(cè)。

??? 由于M0包含行進(jìn)序列因此可以檢測(cè)出字中耦合比特由0翻轉(zhuǎn)為1引起因此可以檢測(cè)出字中耦合比特由1翻轉(zhuǎn)為0引起的<↓；0/1>、<0；0/1>故障；又因?yàn)镸0經(jīng)歷了寫0寫1又寫0的兩次比特反轉(zhuǎn)操作，所以可以檢測(cè)出所有的單向翻轉(zhuǎn)CFin故障（包括<↑； →>、<↓；→>、<；←>、<↑；←>、<↓；←>、<；←>）和單次翻轉(zhuǎn)CFin故障（包括<↑；>和<↓；>）。結(jié)論1得證。

??? 結(jié)論2：March-CW(即M0+M1)可以檢測(cè)所有的SAF、TF、AF、SOF、CFid、CFst故障，以及除了<；>之外的所有CFin故障。

??? 證明：由于M1包含行進(jìn)序列因此M1可以檢測(cè)出所有SOF故障。

??? 由于M1包含行進(jìn)序列)，使用了0-1間隔的測(cè)試向量字，因此可以檢測(cè)出所有奇位比特反轉(zhuǎn)對(duì)偶位引起的<↑；1/0>、<↓；0/1>、<0；0/1>、<1；1/0>字中耦合故障，以及所有偶位比特反轉(zhuǎn)對(duì)奇位引起的上述故障。M1其他行進(jìn)序列所使用測(cè)試向量字0-1之間的間隔按2的冪次增加，因此可以檢測(cè)出所有奇位比特反轉(zhuǎn)對(duì)奇位引起的<↑；1/0>、<↓；0/1>、<0；0/1>、<1；1/0>字中耦合故障，以及所有偶位比特反轉(zhuǎn)對(duì)偶位引起的上述故障。所以M1可以檢測(cè)出所有<↑；1/0>、<↓；0/1>、<0；0/1>、<1；1/0>字中耦合故障。

??? 結(jié)合結(jié)論1，結(jié)論2得證。

??? 結(jié)論3：M0+M1+M2可以檢測(cè)所有的SAF、TF、AF、SOF、CF故障。

??? 證明：M2行進(jìn)序列所使用測(cè)試向量字遍歷了字中的每一個(gè)比特可能引起的故障，因此M2可以檢測(cè)出所有的字中耦合故障。

??? 結(jié)合結(jié)論2，結(jié)論3得證。

3 分析與應(yīng)用

3.1 運(yùn)算量分析

??? 運(yùn)算量是存儲(chǔ)器實(shí)時(shí)檢測(cè)的重要衡量指標(biāo)，如表4所示。

?由表4可以看出，在具有相同故障檢測(cè)能力的前提下，M0+M1+M2的檢測(cè)時(shí)間遠(yuǎn)小于、March-17N和Galpat；當(dāng)u較大時(shí)，M0、M0′、March-CW、M0+M1+M2的檢測(cè)時(shí)間會(huì)大大縮短。

3.2 實(shí)例應(yīng)用

??? 對(duì)1 MB的RAM，一個(gè)字由32 bit組成，則u=32、v=5，50 MHz的總線讀寫速率，DSP處理速度按500 MHz計(jì)算。使用上述檢測(cè)算法對(duì)DSP外設(shè)存儲(chǔ)器進(jìn)行實(shí)時(shí)功能驗(yàn)證和檢測(cè)，結(jié)果如表5所示。

可見，M0+M1+M2可以在2 s內(nèi)完成1 MB存儲(chǔ)器的檢測(cè)，故障覆蓋所有的SAF、SOF、TF、AF、CFin、CFst、CFid。M0+M1+M2的檢測(cè)時(shí)間雖然多于M0、M0′、March-CW，但它可以檢測(cè)的故障種類更多；M0+M1+M2可以檢測(cè)出所有能檢測(cè)出的故障，檢測(cè)時(shí)間從15 s降低到1.6 s。

??? 本文考慮了存儲(chǔ)器所有的靜態(tài)非鏈接故障，提出了一種可以檢測(cè)所有SAF、TF、AF、SOF、CF的行進(jìn)測(cè)試方案，用于高效快速地完成DSP外設(shè)存儲(chǔ)器測(cè)試。

??? 與March-CW、、March-17N進(jìn)行比較，結(jié)果表明，本文方法能檢測(cè)出March-CW遺漏的故障，且本文方法的運(yùn)算量為(11N+5v)/u+2N（其中，每個(gè)字為u比特，u=2v），速度遠(yuǎn)優(yōu)于的11N和March-17N的17N/u+10N。將該方法用于DSP外設(shè)存儲(chǔ)器功能驗(yàn)證中，在數(shù)秒內(nèi)完成了兆字節(jié)存儲(chǔ)器的檢測(cè)，從而可以實(shí)時(shí)完成DSP外設(shè)存儲(chǔ)器的資源驗(yàn)證。此外，該方法還可以擴(kuò)展應(yīng)用于其他嵌入式處理器的外設(shè)存儲(chǔ)器測(cè)試中。