基于ATE的FPGA软件自动化测试技术探析
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作者:韩晓晶 李昂 孟琪
摘 要：FPGA软件内部丰富资源深受研发工程师青睐，发展速度较快。因此，本文以FPGA软件开发必要性为入手点，从提高软件测试精度、缩短系统仿真耗时、提高软件测试效率等方面，阐述了FPGA软件开发必要性。并结合ATE概念，从可编程逻辑框架、可编程逻辑输入输出單元、内部互联线等方面，对基于ATE的FPGA软件自动化测试技术开发进行了简单的分析，以期为FPGA软件内部资源充分、有效应用提供一定借鉴。
关键词：ATE FPGA软件 自动化测试技术
中图分类号：TN407 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）01（b）-0131-02
1 ATE概述
ATE又可称之为Automatic Test Equipment。其主要指根据客户测试要求、参考方案、图纸，采用PC基于VB（基于对象的程序设计语言）、PLC（可编程逻辑控制器）、MCU（微控制单元）开发平台，利用JTAG/Boundary（边界扫描测试）等技术，进行不同类型自动化测试设备的设计[1]。
2 基于ATE的FPGA软件自动化测试技术开发必要性
2.1 提高FPGA软件测试精度的需要
由于虚拟路径的存在，FPGA软件现有静态分析模式无法保证时序验证效率，也无法确定关键路径。而通过基于ATE的FPGA软件设计，可以有效提高FPGA软件测试精确度，实现被测件实际工况的有效模拟。
2.2 缩短系统仿真耗时的需要
现有FPGA软件测试系统无法实现完全自动化，且具有耗时长、投资大特点，稳定性较差。而基于ATE的FPGA软件自动化测试技术开发，可以有效提高测试环境平台可移植性，丰富配置项，缩短大逻辑量系统仿真耗时[2]。
2.3 提高FPGA软件测试效率的需要
由于传统FPGA软件为内嵌逻辑分析仪，存在速度较低、数据量深度不足特点。而利用高性能ATE，可以实现GHz（吉赫）测试速率，同时开放2048个测试通道，充分满足高速测试需求。
3 基于ATE的FPGA软件自动化测试技术开发方案
3.1 基于ATE的FPGA软件自动化测试结构
为满足不同型号FPGA软件测试需求，可制造不同型号硬件电路板。在电路板上设置测试所需FPGA芯片及其他配置芯片、配置电路。同时为了保证信号传输速度，可以在PCB（印制电路板）设计阶段，以FPGA等长布线为重点，进行布线作业;而在差分对信号时，则可以依据等长差分布线方式，最大程度缩短差分信号两差分线间距离。结合高速信号等长布线处理，可以避免高速信号传输期间干扰其他走线及时间偏移问题出现。在布线完毕后，可以在ATE的PB（协议转换网关）上，进行硬件电路安装。通过PB、DUT（被测器件）间接触的每一管脚唯一号码标识的设置，可以保证每一管脚均具有与ATE连接的I/O（输入/输出）信号传输通道。
基于ATE的FPGA软件框架主要包括引脚阵列、APB总线（外围总线）、被测FPGA板、下载电路等几个模块。而其软件部分则主要包括仿真波形、TDL文件、测试图形、测试结果等几个模块[3]。具体框架设计过程主要为：进行FPGA芯片配置，并在PB上进行DUT安装;利用Xilinx（赛灵思）的ISE软件，对FPGA进行配置并编写Testbench（验证的手段），开展被测代码仿真分析;在获得带有输入输出波形的.vcd格式文件之后，利用波形转换工具，将文件格式转换为可导入ATE的.asc文件格式。随后利用trans66，将文件格式再次转换，以便ATE可顺利识别pattern波形的.lpa文件;执行ATE命令，启动FPGA软件操作界面，导入TDL程序，按顺序执行测试任务。
3.2 基于ATE的FPGA软件自动化测试流程
首先，在FPGA芯片专用PROM中，进行被测代码下载，以避免断开电源后FPGA内部代码完整。同时在ATE的PB中进行DUT安装。其中DUT又可称之为Device Under Test，为被测器件，具有输入、输出状态表征。
其次，将获得的测试图形文件、测试程序导入至ATE内，在保证调试成功后执行连接性测试。同时考虑到对于FPGA软件自动化测试系统而言，O/I作为输入驱动信号，L/H/X为输出判断信号。FPGA软件配置矢量作用管脚除INIT-FLAG等信号外，其余均为输入信号，无双向输入、输出管脚。此时，可以仅考虑O/I组合，无需将输入、输出信号组合，以充分满足FPGA软件自动化测试系统信号限制要求。
最后，在连接性测试完成后，执行功能测试项目。整个过程均依据TDL程序内设定完毕的函数顺序依次执行，在全部测试项目均显示为“pass”（通过）时，方可允许测试通过。
3.3 基于ATE的FPGA软件自动化测试验证
本次研究的FPGA器件主要采用BGA1148封装，在除去地管脚、电源之后共具有660个IO管脚，M0/M1/M2、INIT-FLAG、CFG-DONE均可作为配置控制状态观察管脚。随后选定配置模式为Slave Select MAP32，采用某公司生产的V95000自动化测试系统为开发平台，将配置使用的43个管脚中的34个管脚作为配置数据输入，测试配置文件通过这43个配置管脚下载至FPGA芯片专用PROM（可编程只读存储器）。其余信号则在配置期间处于浮空状态，最终得出基于ATE的FPGA软件自动化测试不同方式下储存资源使用情况如表1所示。
由表1可知，在load完测试pattern后，R17配置管脚自身具有一定的储存空间，通过基于ATE的FPGA软件自动化测试设计，可以在压缩向量存储深度需求的基础上，减少FPGA软件自动化测试系统存储深度License（批准）需求。此时，仅需利用2个程序将多个配置向量自动加载测试完成。并在操作界面上直接显示测试结果，pass或fail（失败），有效模拟被测软件实际运行情况。在保证被测软件实际测试精确度的同时，也可以提高测试效率。
4 结语
在FPGA软件自动测试环境中充分利用ATE多通道同时开放，分辨率高、仿真环境及协议感知环境优势，促使多功能模块在一个硬件平台上集成，提高FPGA软件自动化测试精度、速度及功能丰富性。
参考文献
[1] 王华.基于ATE的FPGA测试技术研究和应用[J].电子与封装，2018，18（7）：14-17.
[2] 赵桦，章慧彬.基于ATE的FPGA配置文件生成方法[J].电子与封装，2015（7）：10-13.
[3] 焦亚涛，顾颖，石雪梅.基于ATE的FPGA器件测试方案研究[J].计算机与数字工程，2015（1）：80-82.
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