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自動實現(xiàn)半導體器件系統(tǒng)強化測試的方法

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檢驗芯片的各項功能需要編寫診斷軟件，目的是確保器件的各項功能按要求工作,，但是無論各項測試有多么詳盡,，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)級強化測試(stress testing)來使多種功能以高強度和隨機的方式共同執(zhí)行，從而迫使這些設計問題浮出表面,。本文將探討用于檢驗半導體器件設計的系統(tǒng)強化測試方法,。

強化測試

        強化測試是指將產品置于比實際正常應用苛刻得多的條件下使用，其目的是通過各種方式對設備進行考驗,，迅速發(fā)現(xiàn)其設計缺陷,。例如,，對于一件機械產品，可能讓它 面對惡劣的環(huán)境條件,，如高壓,、高溫和震動。如果該產品能在這樣的條件下成功經受一個月的考驗,，那么在正常使用條件下,，它應該能工作長得多的時間。

        同樣的概念也適用于芯片的設計,。此時,，強化測試的表現(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,、連續(xù),、隨機、密集地工作,，其程度遠遠超過芯片正常 使用時的狀況,。這些測試通常連續(xù)運行，大多數(shù)時候無人照管,，夜間和周末也不停止,。通過這些測試，可以在產品發(fā)貨之前迫使隱藏的系統(tǒng)問題盡快地暴露出來,。

        為什么強化測試對半導體設計如此重要呢,？為了解釋這一問題，假設一個半導體器件常常為了不同用途而應用在各種電子系統(tǒng)之中,，因此,，這些電子產品將被幾千甚至 幾百萬用戶使用，每個用戶使用產品的方式各不相同,。在如此大量的使用中,，當芯片上的功能和事件出現(xiàn)某種在器件測試過程中從未遇到過的順序或組合時，可能就 會發(fā)生問題,。這些問題通常表現(xiàn)為：不時被鎖住,、數(shù)據出錯或其它難以復現(xiàn)的異常現(xiàn)象,。如果這些問題出現(xiàn)太多(或者在執(zhí)行重要任務的產品中僅僅偶然出現(xiàn)),，用 戶將會認為這些產品是不可靠甚至不穩(wěn)定的。

強化測試概念的引出

        最初嘗試創(chuàng)建系統(tǒng) 強化測試時,，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執(zhí)行軟件,，使用定時器中斷并讓它執(zhí)行隨機測試，同時主程序不停地復制數(shù)據,，并隨機地不 時啟動其它芯片操作,。當想出向芯片內引入更多無序和隨機事件的招數(shù)時,，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。

        由于不時使用同一塊存儲區(qū)域或外設資源,，測試軟件中的測試功能相互干擾,。例如，當一個測試正在使用某一通用I/O時,，另一個隨機啟動的測試卻更改了它的狀態(tài),。由此不時導致的故障耗用了大量的調試時間。

        第二次,，嘗試開發(fā)組織得非常好的強化測試軟件。它安排隨機選擇的測試功能輪流運行,，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。這種謹慎的編 程使得測試非常穩(wěn)定,，但與直接測試相比,，同樣不能有效地發(fā)現(xiàn)芯片的問題，因為它是按照一種很大程度上可預期的順序方式來執(zhí)行測試,。畢竟測試的目的是為了測 試半導體器件的設計,，而不是為了獲得穩(wěn)定的測試軟件。

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

測試框架

        本文介紹一個軟件框架(framework)的設計,，讀者可以使用這個框架來為半導體器件構建一個可擴展的強化測試。雖然本文沒有提供完整的框架,，但這些內容應當能夠激發(fā)讀者的靈感來幫助構建自己的強化測試框架,。

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

        強化測試框架本身不測試任何芯片功能，但它允許嵌入測試事件模塊,。測試事件模塊是實現(xiàn)一項具體的半導體器件測試或事件的函數(shù),，通常要使用一組隨機產生的測試參數(shù)。執(zhí)行強化測試時,，框架引擎將隨機選擇并以不同方式來啟動這些測試事件模塊,。

        這個框架還為測試事件模塊提供了基本服務供其使用,，包括保留系統(tǒng)資源的功能,、選擇隨機測試參數(shù)的功能和數(shù)據記錄功能。大部分預先規(guī)劃和設計都位于框架本身內 部,，因為框架處理強化測試復雜和“混亂無序”的一面,。然后，根據需要增加單個測試事件模塊,，擴展強化測試,。由于框架負責處理公共的強化測試軟件部分，測試 事件模塊的開發(fā)人員可以專注于為目標芯片功能編寫優(yōu)秀的測試程序,。圖1為強化測試框架各個組成部分的高層次示意圖,。

        隨機測試池是強化測試的核心部分，實際的半導體器件測試就位于其中,。它是為了對芯片的某項具體功能啟動事件和(或)執(zhí)行測試而編寫的測試事件模塊的集合,。開發(fā)新的 測試事件模塊時，可將它添加到隨機測試池中,，以便在下一次運行強化測試時將其包含在內,。本文后面還將更詳細地介紹測試事件模塊，因為這是為芯片開發(fā)并由框 架啟動和支持的實際半導體器件測試,。

        執(zhí)行過程中,，強化測試引擎隨機地從池中選擇和運行測試事件模塊。為了使測試變得更加雜亂無序(從而對器件設計施加更大的強化測試),，框架采用異步時隙來按照任意時間間隔隨機選擇和啟動測試,。

        “時隙”使用一個硬件定時器來實現(xiàn)，器件或測試板卡上的多個定時器可以擁有各自的時隙,?？蚣転槊總€時隙定時器選擇隨機的時間間隔，當時隙截止時,，引擎中斷當前 的測試模塊,，定時器的中斷處理程序將選擇另一個模塊來執(zhí)行,，同時引擎為下一個時隙操作選擇另一個隨機的時間間隔。