基于ATE的FPGA軟件自動化測試技術探析

韓曉晶 李昂 孟琪

摘? ?要：FPGA軟件內部豐富資源深受研發工程師青睞，發展速度較快。因此，本文以FPGA軟件開發必要性為入手點，從提高軟件測試精度、縮短系統仿真耗時、提高軟件測試效率等方面，闡述了FPGA軟件開發必要性。并結合ATE概念，從可編程邏輯框架、可編程邏輯輸入輸出單元、內部互聯線等方面，對基于ATE的FPGA軟件自動化測試技術開發進行了簡單的分析，以期為FPGA軟件內部資源充分、有效應用提供一定借鑒。

關鍵詞：ATE? FPGA軟件? 自動化測試技術

中圖分類號：TN407? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）01（b）-0131-02

1? ATE概述

ATE又可稱之為Automatic Test Equipment。其主要指根據客戶測試要求、參考方案、圖紙，采用PC基于VB（基于對象的程序設計語言）、PLC（可編程邏輯控制器）、MCU（微控制單元）開發平臺，利用JTAG/Boundary（邊界掃描測試）等技術，進行不同類型自動化測試設備的設計[1]。

2? 基于ATE的FPGA軟件自動化測試技術開發必要性

2.1 提高FPGA軟件測試精度的需要

由于虛擬路徑的存在，FPGA軟件現有靜態分析模式無法保證時序驗證效率，也無法確定關鍵路徑。而通過基于ATE的FPGA軟件設計，可以有效提高FPGA軟件測試精確度，實現被測件實際工況的有效模擬。

2.2 縮短系統仿真耗時的需要

現有FPGA軟件測試系統無法實現完全自動化，且具有耗時長、投資大特點，穩定性較差。而基于ATE的FPGA軟件自動化測試技術開發，可以有效提高測試環境平臺可移植性，豐富配置項，縮短大邏輯量系統仿真耗時[2]。

2.3 提高FPGA軟件測試效率的需要

由于傳統FPGA軟件為內嵌邏輯分析儀，存在速度較低、數據量深度不足特點。而利用高性能ATE，可以實現GHz（吉赫）測試速率，同時開放2048個測試通道，充分滿足高速測試需求。

3? 基于ATE的FPGA軟件自動化測試技術開發方案

3.1 基于ATE的FPGA軟件自動化測試結構

為滿足不同型號FPGA軟件測試需求，可制造不同型號硬件電路板。在電路板上設置測試所需FPGA芯片及其他配置芯片、配置電路。同時為了保證信號傳輸速度，可以在PCB（印制電路板）設計階段，以FPGA等長布線為重點，進行布線作業;而在差分對信號時，則可以依據等長差分布線方式，最大程度縮短差分信號兩差分線間距離。結合高速信號等長布線處理，可以避免高速信號傳輸期間干擾其他走線及時間偏移問題出現。在布線完畢后，可以在ATE的PB（協議轉換網關）上，進行硬件電路安裝。通過PB、DUT（被測器件）間接觸的每一管腳唯一號碼標識的設置，可以保證每一管腳均具有與ATE連接的I/O（輸入/輸出）信號傳輸通道。

基于ATE的FPGA軟件框架主要包括引腳陣列、APB總線（外圍總線）、被測FPGA板、下載電路等幾個模塊。而其軟件部分則主要包括仿真波形、TDL文件、測試圖形、測試結果等幾個模塊[3]。具體框架設計過程主要為：進行FPGA芯片配置，并在PB上進行DUT安裝;利用Xilinx（賽靈思）的ISE軟件，對FPGA進行配置并編寫Testbench（驗證的手段），開展被測代碼仿真分析;在獲得帶有輸入輸出波形的.vcd格式文件之后，利用波形轉換工具，將文件格式轉換為可導入ATE的.asc文件格式。隨后利用trans66，將文件格式再次轉換，以便ATE可順利識別pattern波形的.lpa文件;執行ATE命令，啟動FPGA軟件操作界面，導入TDL程序，按順序執行測試任務。

3.2 基于ATE的FPGA軟件自動化測試流程

首先，在FPGA芯片專用PROM中，進行被測代碼下載，以避免斷開電源后FPGA內部代碼完整。同時在ATE的PB中進行DUT安裝。其中DUT又可稱之為Device Under Test，為被測器件，具有輸入、輸出狀態表征。

其次，將獲得的測試圖形文件、測試程序導入至ATE內，在保證調試成功后執行連接性測試。同時考慮到對于FPGA軟件自動化測試系統而言，O/I作為輸入驅動信號，L/H/X為輸出判斷信號。FPGA軟件配置矢量作用管腳除INIT-FLAG等信號外，其余均為輸入信號，無雙向輸入、輸出管腳。此時，可以僅考慮O/I組合，無需將輸入、輸出信號組合，以充分滿足FPGA軟件自動化測試系統信號限制要求。

最后，在連接性測試完成后，執行功能測試項目。整個過程均依據TDL程序內設定完畢的函數順序依次執行，在全部測試項目均顯示為“pass”（通過）時，方可允許測試通過。

3.3 基于ATE的FPGA軟件自動化測試驗證

本次研究的FPGA器件主要采用BGA1148封裝，在除去地管腳、電源之后共具有660個IO管腳，M0/M1/M2、INIT-FLAG、CFG-DONE均可作為配置控制狀態觀察管腳。隨后選定配置模式為Slave Select MAP32，采用某公司生產的V95000自動化測試系統為開發平臺，將配置使用的43個管腳中的34個管腳作為配置數據輸入，測試配置文件通過這43個配置管腳下載至FPGA芯片專用PROM（可編程只讀存儲器）。其余信號則在配置期間處于浮空狀態，最終得出基于ATE的FPGA軟件自動化測試不同方式下儲存資源使用情況如表1所示。

由表1可知，在load完測試pattern后，R17配置管腳自身具有一定的儲存空間，通過基于ATE的FPGA軟件自動化測試設計，可以在壓縮向量存儲深度需求的基礎上，減少FPGA軟件自動化測試系統存儲深度License（批準）需求。此時，僅需利用2個程序將多個配置向量自動加載測試完成。并在操作界面上直接顯示測試結果，pass或fail（失敗），有效模擬被測軟件實際運行情況。在保證被測軟件實際測試精確度的同時，也可以提高測試效率。

4? 結語

在FPGA軟件自動測試環境中充分利用ATE多通道同時開放，分辨率高、仿真環境及協議感知環境優勢，促使多功能模塊在一個硬件平臺上集成，提高FPGA軟件自動化測試精度、速度及功能豐富性。

參考文獻

[1] 王華.基于ATE的FPGA測試技術研究和應用[J].電子與封裝，2018，18（7）：14-17.

[2] 趙樺，章慧彬.基于ATE的FPGA配置文件生成方法[J].電子與封裝，2015（7）：10-13.

[3] 焦亞濤，顧穎，石雪梅.基于ATE的FPGA器件測試方案研究[J].計算機與數字工程，2015（1）：80-82.