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自動(dòng)實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件系統(tǒng)強(qiáng)化測(cè)試的方法

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檢驗(yàn)芯片的各項(xiàng)功能需要編寫診斷軟件,，目的是確保器件的各項(xiàng)功能按要求工作,，但是無論各項(xiàng)測(cè)試有多么詳盡，它都無法找出大部分系統(tǒng)層次的問題。因此,，要利用系統(tǒng)級(jí)強(qiáng)化測(cè)試(stress testing)來使多種功能以高強(qiáng)度和隨機(jī)的方式共同執(zhí)行,，從而迫使這些設(shè)計(jì)問題浮出表面,。本文將探討用于檢驗(yàn)半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)的系統(tǒng)強(qiáng)化測(cè)試方法,。

強(qiáng)化測(cè)試

        強(qiáng)化測(cè)試是指將產(chǎn)品置于比實(shí)際正常應(yīng)用苛刻得多的條件下使用，其目的是通過各種方式對(duì)設(shè)備進(jìn)行考驗(yàn),，迅速發(fā)現(xiàn)其設(shè)計(jì)缺陷,。例如，對(duì)于一件機(jī)械產(chǎn)品,，可能讓它 面對(duì)惡劣的環(huán)境條件,，如高壓、高溫和震動(dòng),。如果該產(chǎn)品能在這樣的條件下成功經(jīng)受一個(gè)月的考驗(yàn),，那么在正常使用條件下，它應(yīng)該能工作長(zhǎng)得多的時(shí)間,。

        同樣的概念也適用于芯片的設(shè)計(jì),。此時(shí)，強(qiáng)化測(cè)試的表現(xiàn)形式是執(zhí)行診斷軟件,，其目的是使大量的芯片功能同時(shí),、連續(xù)、隨機(jī),、密集地工作，其程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過芯片正常 使用時(shí)的狀況,。這些測(cè)試通常連續(xù)運(yùn)行,，大多數(shù)時(shí)候無人照管，夜間和周末也不停止,。通過這些測(cè)試,，可以在產(chǎn)品發(fā)貨之前迫使隱藏的系統(tǒng)問題盡快地暴露出來。

        為什么強(qiáng)化測(cè)試對(duì)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)如此重要呢,？為了解釋這一問題,，假設(shè)一個(gè)半導(dǎo)體器件常常為了不同用途而應(yīng)用在各種電子系統(tǒng)之中，因此,，這些電子產(chǎn)品將被幾千甚至 幾百萬用戶使用,，每個(gè)用戶使用產(chǎn)品的方式各不相同,。在如此大量的使用中，當(dāng)芯片上的功能和事件出現(xiàn)某種在器件測(cè)試過程中從未遇到過的順序或組合時(shí),，可能就 會(huì)發(fā)生問題,。這些問題通常表現(xiàn)為：不時(shí)被鎖住、數(shù)據(jù)出錯(cuò)或其它難以復(fù)現(xiàn)的異?，F(xiàn)象,。如果這些問題出現(xiàn)太多(或者在執(zhí)行重要任務(wù)的產(chǎn)品中僅僅偶然出現(xiàn))，用 戶將會(huì)認(rèn)為這些產(chǎn)品是不可靠甚至不穩(wěn)定的,。

強(qiáng)化測(cè)試概念的引出

        最初嘗試創(chuàng)建系統(tǒng) 強(qiáng)化測(cè)試時(shí),，方法是研究和編寫直接激活盡可能多的芯片功能并使它同時(shí)執(zhí)行軟件，使用定時(shí)器中斷并讓它執(zhí)行隨機(jī)測(cè)試,，同時(shí)主程序不停地復(fù)制數(shù)據(jù),，并隨機(jī)地不 時(shí)啟動(dòng)其它芯片操作。當(dāng)想出向芯片內(nèi)引入更多無序和隨機(jī)事件的招數(shù)時(shí),，便將它添加到軟件中去,。很快就可以發(fā)現(xiàn)，雖然陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了許多問題,，但它大多發(fā)生在自 己編寫的軟件上,。

        由于不時(shí)使用同一塊存儲(chǔ)區(qū)域或外設(shè)資源，測(cè)試軟件中的測(cè)試功能相互干擾,。例如,，當(dāng)一個(gè)測(cè)試正在使用某一通用I/O時(shí)，另一個(gè)隨機(jī)啟動(dòng)的測(cè)試卻更改了它的狀態(tài),。由此不時(shí)導(dǎo)致的故障耗用了大量的調(diào)試時(shí)間,。

        第二次，嘗試開發(fā)組織得非常好的強(qiáng)化測(cè)試軟件,。它安排隨機(jī)選擇的測(cè)試功能輪流運(yùn)行,，在許多地方將中斷鎖住，以防止軟件沖突和保證其它安全措施,。這種謹(jǐn)慎的編 程使得測(cè)試非常穩(wěn)定,，但與直接測(cè)試相比，同樣不能有效地發(fā)現(xiàn)芯片的問題,，因?yàn)樗前凑找环N很大程度上可預(yù)期的順序方式來執(zhí)行測(cè)試,。畢竟測(cè)試的目的是為了測(cè) 試半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)，而不是為了獲得穩(wěn)定的測(cè)試軟件,。

        在理論上希望避免這兩種極端情況,。測(cè)試的根本目的是為了暴露芯片中系統(tǒng) 級(jí)的相互作用問題，為了達(dá)到這個(gè)目的，就必須將操作搞亂,，使得許多不同事件以隨機(jī)方式發(fā)生,。其中的訣竅是，以一種有組織的方式來保持測(cè)試的無序特點(diǎn),，從而 獲得可靠的測(cè)試軟件,，并可進(jìn)行擴(kuò)展，還可以盡可能地幫助調(diào)試,。要達(dá)到這些目的,，需要仔細(xì)進(jìn)行考慮和規(guī)劃。這就是構(gòu)建一個(gè)強(qiáng)化測(cè)試框架的思路,。

測(cè)試框架

        本文介紹一個(gè)軟件框架(framework)的設(shè)計(jì),，讀者可以使用這個(gè)框架來為半導(dǎo)體器件構(gòu)建一個(gè)可擴(kuò)展的強(qiáng)化測(cè)試。雖然本文沒有提供完整的框架,，但這些內(nèi)容應(yīng)當(dāng)能夠激發(fā)讀者的靈感來幫助構(gòu)建自己的強(qiáng)化測(cè)試框架,。

        軟件框架通過提供一個(gè)公共操作引擎和環(huán)境來簡(jiǎn)化特定類型的應(yīng)用開發(fā)工作，具體的應(yīng)用經(jīng)由一個(gè)定義好的接口來與框架連接,。強(qiáng)化測(cè)試框架也采用了同樣的思路,，它提供一個(gè)軟件引擎來處理強(qiáng)化測(cè)試的基本操作和公共功能。

        強(qiáng)化測(cè)試框架本身不測(cè)試任何芯片功能,，但它允許嵌入測(cè)試事件模塊,。測(cè)試事件模塊是實(shí)現(xiàn)一項(xiàng)具體的半導(dǎo)體器件測(cè)試或事件的函數(shù)，通常要使用一組隨機(jī)產(chǎn)生的測(cè)試參數(shù),。執(zhí)行強(qiáng)化測(cè)試時(shí),，框架引擎將隨機(jī)選擇并以不同方式來啟動(dòng)這些測(cè)試事件模塊。

        這個(gè)框架還為測(cè)試事件模塊提供了基本服務(wù)供其使用,，包括保留系統(tǒng)資源的功能、選擇隨機(jī)測(cè)試參數(shù)的功能和數(shù)據(jù)記錄功能,。大部分預(yù)先規(guī)劃和設(shè)計(jì)都位于框架本身內(nèi) 部,，因?yàn)榭蚣芴幚韽?qiáng)化測(cè)試復(fù)雜和“混亂無序”的一面。然后,，根據(jù)需要增加單個(gè)測(cè)試事件模塊,，擴(kuò)展強(qiáng)化測(cè)試。由于框架負(fù)責(zé)處理公共的強(qiáng)化測(cè)試軟件部分,，測(cè)試 事件模塊的開發(fā)人員可以專注于為目標(biāo)芯片功能編寫優(yōu)秀的測(cè)試程序。圖1為強(qiáng)化測(cè)試框架各個(gè)組成部分的高層次示意圖,。

        隨機(jī)測(cè)試池是強(qiáng)化測(cè)試的核心部分,，實(shí)際的半導(dǎo)體器件測(cè)試就位于其中。它是為了對(duì)芯片的某項(xiàng)具體功能啟動(dòng)事件和(或)執(zhí)行測(cè)試而編寫的測(cè)試事件模塊的集合,。開發(fā)新的 測(cè)試事件模塊時(shí),，可將它添加到隨機(jī)測(cè)試池中,，以便在下一次運(yùn)行強(qiáng)化測(cè)試時(shí)將其包含在內(nèi)。本文后面還將更詳細(xì)地介紹測(cè)試事件模塊,，因?yàn)檫@是為芯片開發(fā)并由框 架啟動(dòng)和支持的實(shí)際半導(dǎo)體器件測(cè)試,。

        執(zhí)行過程中，強(qiáng)化測(cè)試引擎隨機(jī)地從池中選擇和運(yùn)行測(cè)試事件模塊,。為了使測(cè)試變得更加雜亂無序(從而對(duì)器件設(shè)計(jì)施加更大的強(qiáng)化測(cè)試),，框架采用異步時(shí)隙來按照任意時(shí)間間隔隨機(jī)選擇和啟動(dòng)測(cè)試。

        “時(shí)隙”使用一個(gè)硬件定時(shí)器來實(shí)現(xiàn),，器件或測(cè)試板卡上的多個(gè)定時(shí)器可以擁有各自的時(shí)隙,。框架為每個(gè)時(shí)隙定時(shí)器選擇隨機(jī)的時(shí)間間隔,，當(dāng)時(shí)隙截止時(shí),，引擎中斷當(dāng)前 的測(cè)試模塊，定時(shí)器的中斷處理程序?qū)⑦x擇另一個(gè)模塊來執(zhí)行,，同時(shí)引擎為下一個(gè)時(shí)隙操作選擇另一個(gè)隨機(jī)的時(shí)間間隔,。