BIST在SoC片上嵌入式微处理器核上的应用

　　引 言

　　随着科技的不断发展，集成电路的制造工艺和设计水平得到了飞速提高，设计者能够将非常复杂的功能集成到硅片上。将PCB板上多块芯片的系统集成到一块芯片内部，这个芯片就是系统级芯片，即SoC(System on Chip)。SoC芯片的特点主要有两方面：第一是其高度的复杂性，第二是大量运用可重用的IP(Intellectual Property)模块。以往的芯片设计往往只专注于某个特定功能的模块设计，例如压缩/解压、无线模块、网络模块等。而一块SoC芯片的功能可能是多个独立模块的总和。另外，芯片的制造需要经历化学、冶金、光学等工艺过程，在这些过程中可能引入物理缺陷导致其不能正常工作。因此对芯片的测试成为必不可少的环节。可测性设计(Design ForTest，DFT)是在芯片的设计阶段就考虑以后测试的需要，使芯片测试更加容易和充分，并降低测试成本。一个SoC包含各种可复用的功能IP核，其中嵌入式微处理器核是其中的关键部分，大部分都嵌有一个或多个微处理器核以获得最好的性能。所以，对微处理器核可测性问题的研究越来越迫在眉睫。

　　1 传统测试方法

　　20世纪七八十年代之前，集成电路还都是小规模电路时，测试大都通过加入激励，探测相应的方式来完成。这种方式在电路规模不大并且频率不快的情况下还是可行的，但是随着集成电路规模的增长，功能验证内容增多，或者需要使用异步激励信号时，这样的测试方式就存在局限性。为了提高故障点的测试覆盖率，出现了自动向量生成(ATPG)工具。运用ATPG算法以及强大的计算机，可以检测到尽可能多的故障点。随着芯片规模的增长，芯片门数相对于引脚数目的比例变得太悬殊，只通过输入/输出引脚进行测试的方法几乎不能再应用了，于是出现了另外一种基于扫描的测试技术——DFT。但当扫描链很长而且数量很多时，单芯片测试时间还是很长。同时高级测试仪器的价格急速攀升，使得BIST(Built-In Self-Test)即片内测试方法的产生成为必然。

　　2 几种常用的BIST方法及其优缺点

　　片内测试是节省芯片测试时间和成本的有效手段，外部测试的测试速度以每年12%的幅度增长，而片内芯片的速度以每年30%的幅度增长，这一矛盾进一步推动了BIST的应用。由于SoC芯片内部的IP种类繁多，对不同的IP核采用不同的BIST测试方法。采用BIST技术的优点在于：降低测试成本、提高错误覆盖率、缩短测试时间、方便客户服务和独立测试。目前BIST测试方法主要有MemBIST和LogicBIST。

　　2.1 MemBIST

　　MemBIST是面向嵌入式芯片存储器的测试方式，用于测试存储器工作是否正常。芯片内部有一个BISTController，用于产生存储器测试的各种模式和预期的结果，并比较存储器的读出结果和预期结果。MemBIST可分为RAMBIST和ROMBIST。目前较常用的存储器BIST算法有March算法及其变种。业界常用的工具有Mentor Graphics的MBIST Architecture。