摘 要:為了解決復雜數字系統的測試和故障診斷問題，研究了基于ModelSource的硬件建模與仿真軟件LASAR相結合的開發復雜數字系統測試程序集（TPS）的方法。給出了建立邏輯模型的基本方法以及用LASAR開發復雜測試程序集的基本思想，并以子陣運算板測試程序開發過程為例介紹了基于硬件模型的開發復雜數字系統測試程序集的實現過程。

關鍵詞: ModelSource; 邏輯模型; LASAR; 測試程序集(TPS)。

中文分類號：TP277

Using logic model in Testing and diagnosing

complex digital logic boards 

LIUgeng,WANGqingli,SUNchangyou,HUweijia,GAOshumin

Abstract: a method on how to test and diagnose complex digital logic boards and systems is introduced. It base on the ModelSource Hardware modeling system and the high-quality functional test program making software LASAR. Testing and Diagnosing Complex Digital Logic Boards And Systems With Logic Model explain the way of creating a logic model, and the mind of producing an high-quality test program with LASAR. The procession of the Zi Zhen Yun Suan board TPS development is introduced in detail.

Key words: ModelSource；logic model；LASAR；test program set(TPS)

1引言

隨著數字電路的集成度越來越高，芯片的功能也日趨強大，而對于復雜數字系統的測試也就變得越來越困難。目前對于數字系統的測試主要基于仿真，美國Teradyne的仿真軟件LASAR采用的動態最大/最小定時分析技術和先進的故障仿真技術，它生成的測試結果準確而可靠，并可直接導入測試執行軟件Teststudio生成測試程序，極大的方便了測試程序的開發。而仿真需要以可靠的模型為前提。目前的器件模型主要是利用語言編寫，LASAR的模型庫提供了相當數量的器件仿真模型，此外Synopsys 的SmartModel 也提供了很多器件的仿真模型。但是現在新型器件層出不窮，集成度也越來越高，TPS開發人員很難在擁有一種器件的同時就擁有該器件的仿真模型。而用Synopsys的MS-3200硬件建模系統建立的邏輯模型可以很好的解決此問題。

邏輯模型不同于一般仿真模型，它基于實際的物理器件建模。仿真時，邏輯模型被插入到硬件建模系統，硬件模型器格式化仿真器的輸入，并把它們加到實際器件上，然后采集器件的輸出并加上相應的時序信息最后返回到仿真器。運用硬件建模系統建立的模型準確可靠，而它與具有強大功能的仿真測試軟件LASAR的結合可使對復雜系統的測試變得簡單可行。

2邏輯模型概述

用LM系列和ModelSource硬件建模系統建立的硬件模型稱為邏輯模型。邏輯模型可建立多種復雜數字器件的模型，并可適用于多種的仿真工具。它可以應用于系統仿真，標準器件和ASIC的建模，硬件和軟件的集成，以及ASIC原型的驗證和測試向量的生成。邏輯模型可與多種仿真模型兼容，包括門級模型、SmartModel 行為模型以及用行為建模語言建立的模型。

硬件建模是建立大多數數字LSI和VLSI器件精確仿真模型的理想方法，它在仿真時使用基于實際硅片的器件，可有效的節約開發、驗證和維護的時間。

2.1 硬件建模環境的組成

一套完整地硬件建模環境包含以下幾部分：

1） 綜合仿真器。它與硬件建模系統進行通信。

2） 硬件建模系統。它由MS-3200/3400和一個運行ModelSource的前端處理器（工作站）組成，它們之間由高速光纜連接。

3） 邏輯模型。

2.2邏輯模型的組成

邏輯模型主要包括硬件和軟件兩部分。其中硬件包括實際的物理芯片。如果芯片不是適配器所支持的標準封裝則需要制作一塊轉接板，將芯片管腳引入MS3200。軟件方面主要是編寫Shell文件，Shell文件提供開發邏輯模型所需的芯片信息，其結構如圖1所示。

圖1 Shell文件結構圖

Shell文件主要包括：

1） Model文件：模型的命名文件，它是邏輯模型的主體。

2）  Device文件：描述芯片信息，包括芯片速度、工藝、管腳定義、初始化隊列等。

3）  Package文件：描述適配板和芯片管腳的映射關系。

4）  Adapter文件：描述適配板和適配器管腳的映射關系。

5）  附加文件：包括Variable Declarations（變量聲明）文件、State Tracking（狀態跟蹤）文件、Delay（延時）文件、Force Values文件、Options（選項文件）、Pin Names（管腳名稱）、Timing Checks（時序檢查）等文件。它們對邏輯模型細節的功能如時序、初始化狀態等特征進行描述。

6）  最后還有驗證模型的Test Vector（測試向量）文件和README（自述）文件。

3應用邏輯模型開發子陣運算板TPS

3.1被測子陣運算板功能介紹

被測電路子陣運算板是一塊含有DSP處理器TMS320C50的數字電路板級產品。它使用板上晶振作為系統時鐘，主要功能是系統上電復位后從EPROM中加載程序，加載后運行程序，設置內部各寄存器后執行循環，當外部中斷出現時，系統將外部數據與板內EPROM中存儲的數據進行運算處理，并以差分信號的形式輸出結果。系統功能見圖2。

圖2子陣運算板功能簡圖

3.2子陣運算板TPS開發

針對數字電路板，我們應用Teradyne公司的仿真軟件LASAR對被測電路板進行故障仿，真生成故障字典和引導探筆文件，通過Teststudio軟件生成最終測試程序。測試系統為Teradyne公司的M9系列板級數字測試系統，系統資源具有128路數字通道，通道速率20MHz。

子陣運算板TPS開發包括軟件和硬件兩個部分：

1) 軟件方面是子陣運算板測試程序（TP）開發。

2) 硬件方面是子陣運算板適配板開發。適配板連接測試儀與被測對象，為被測板提供電源、數字通道等資源。

3.3子陣運算板測試程序開發

由于被測子針運算板的功能復雜，所用元器件含DSP處理器，在開發測試程序時解決了以下難點。

1) 系統使用板內晶振作為系統時鐘，不受控，而且系統工作頻率為40MHz。在測試時需要斷開原晶振，并且外接數字通道模擬系統時鐘。由于數字通道速率為20MHz，因此系統無法工作于原來的工作頻率，但對于被測板功能測試和故障元件的檢測，系統的降頻能夠滿足測試的要求。

2) 被測板采用RC上電復位電路，而測試時，系統的加電和測試是分步進行的，因此需要由數字通道給被測板提供復位信號。復位信號的寬度需要滿足系統復位毫秒級的要求，而且系統工作頻率是微妙級，在以接拍為單位的測試激勵程序編寫時調整了復位時段的CPP（CLOCK PER PATTERN），從而減少的激勵程序的節拍，從而縮短了仿真和測試的時間。

3) 采用了硬件建模系統開發了DSP處理器TMS320C50的邏輯模型。

3.4子陣運算板測試程序開發流程

子陣運算板測試程序開發流程圖如圖3。

圖3子陣運算板測試程序集開發流程

子陣運算板測試程序開發流程簡介如下：

1）制作芯片轉接板。它的目的是把原來TMS320C50的132針PFQ表貼封裝轉換為標準PGA封裝，從而與硬件建模系統MS3200的適配器相兼容。

2）編寫Shell文件。在充分閱讀芯片手冊的基礎上編寫Shell文件。簡單器件模型只需編寫TMS320C50.MDL、TMS320C50.DEV、TMS320C50.PKG文件和TMS320C50.ADP文件。將Shell文件考入opt\sms\models目錄，并修改相應的.login文件內容。

3）建立邏輯模型。運行slam命令，輸入MDL文件名TMS320C50.MDL，并創建邏輯模型dsp_lm。

4）插入模型。用slam_insert.csh dsp_lm命令將邏輯模型插入到LASAR庫，并將板內其它器件的仿真模型插入到LASAR庫中。

5）編譯系統模型。將Protel99的原理圖dsp.sch中定義輸入/輸出端口；修改代表邏輯高低電平的VCC和GND以區別器件本身的VCC和GND；生成 EDIF2.0格式的網表，并導出為dsp.edif文件。在LASAR開發環境下用tr m /edif dsp.edif命令轉換網表并生成dsp_.net；將網表中器件本身的電源和地去掉，并修改器件名稱使之與LASAR模型庫中的器件模型相對應。然后在LASAR圖形界面中編譯系統模型。

6）編寫激勵文件（.pat文件）。激勵文件是系統仿真的輸入文件，它模擬被測板工作時的輸入信號。本系統模擬的輸入信號主要是上電復位信號、時鐘信號、數據線地址線信號、以及外部中斷等信號，激勵覆蓋了系統的上電復位、加載程序、執行中斷程序等全部功能。

7）運行仿真。將物理芯片TMS320C50放在轉接板上并插于160芯PGA適配器中與硬件模型器MS-3200連接，連接好電源和地線。運行lmboot命令引導硬件模型器，接著運行startlm.csh啟動硬件模型器，然后在LASAR圖形界面中運行好板仿真。仿真完成后可在LASAR中的Analysis選項中的nodlist項加入節點并觀察仿真的波形。

8）故障仿真。首先編寫故障文件（.flt文件）插入固定和開路故障，并剔除一些系統未用到的管腳故障。編譯故障文件后運行故障仿真，仿真結果生成故障檢測率報告。

9）根據仿真生成的結果，進一步修改和完善邏輯模型。由于仿真時TMS320C50芯片地址線在復位時狀態是不確定的，而好板仿真把此時的信號作為有效信號。在插入故障并進行故障仿真時造成了好板仿真與故障仿真不匹配的現象。因此需添加Variable Declarations文件、State Tracking文件、Delay文件和Force Values文件，并重新執行建立邏輯模型之后的步驟。這些文件使得TMS320C50的邏輯模型在復位狀態時的地址線輸出無效。這樣可以避免仿真將復位時總線上的無效值認為有效。

10）修改激勵文件。修改激勵文件并重新執行仿真與故障仿真可以進一步提高故障檢測率。直到故障覆蓋率滿足要求（>96%）。

11）生成故障字典。

12）編譯探筆文件。在故障字典無法精確定位故障的情況下，探筆可探測被測板內部的節點使得檢測結果更精確。

13）建立測試程序dsp.tsp。運行Teststudio軟件，新建一個測試程序，插入一個子節點dsp并將該節點設為數字測試執行（Digital Test Execution），然后用Lsrtap Importer將LASAR生成的結果導入TestStudio，加上管腳映射文件（dsp.pmp文件）和電平描述文件（dsp.lvl文件）生成測試文件DSP320C50.dtb（digital test binary file）和探筆文件DSP320C50.gpd（guided probe database file）。

3.5 子陣運算板適配板開發 

    子陣運算板適配板的功能是為被測板的提供供電電源，并且將被測板的輸入輸出信號引入數字測試系統。由于子陣運算板DSP處理器數據和地址都是在板內連接，沒有引出到邊緣連接器，因此用芯片夾制作了幾根線纜，連接適配板和被測板內部的關鍵信號，從而提高了測試程序的故障覆蓋率和隔離率。

3.6 TPS調試與驗證

1） 準備工作。將被測板插于適配板并連接到測試系統，給適配板和被測板加電。

2） 軟面板調試。運行dsp.tsp程序，進入Teststudio界面后，運行dsp節點的M9軟面板進行調試。通過軟面板調試可觀察到仿真的結果與實際測試的結果是否一致，如果不一致可能是元件的建模有問題或者激勵的編寫不夠合理，需要修改模型或者激勵程序重新進行仿真。

3） Go/No Go測試。軟面板調試通過后，在dsp節點中添加一個數字測試診斷（digital test diagnose）輸出，設置診斷方式為故障字典、引導探筆方式，并自動啟動引導探筆，輸出文件為DSP320C50.dia，然后運行節點。好板情況下Go/No Go測試顯示通過。

4） 探筆調試。Go/No Go通過后，打開探筆文件，用Debug項對各個節點進行探測和好板學習。

    5） 插入故障驗證。在確保不損害被測板的前提下，插入了20個固定到0和固定到1的故障，（包括DSP處理器部分地址線、數據線、讀寫控制信號等）對子陣運算板TPS進行驗證。當發現故障時，節點變紅并顯示出失敗信息，然后會自動啟動引導探筆。若故障字典可以直接定位故障，提示故障已經定位的信息，并可選擇是否繼續運行引導探筆；若不能直接定位，程序會自動運行引導探筆診斷。引導探筆會沿著出現故障的鏈路逐級探測，直到定位到故障網絡。驗證結果，所插入20個固定到0和1的故障都可監測，并且隔離到故障管腳，滿足測試要求。

4結 語

實踐證明，利用ModelSource硬件建模系統可有效地解決高集成度數字電路器件的建模問題。此方法與仿真測試軟件LASAR的結合，為復雜數字系統的故障診斷和測試程序的開發提供了一條高效可靠的途徑。

參考文獻：

[1] Logic Model Development Manual．  [DB/OL] http://www.synopsys.com

[2] Shell Software Reference Manual.  [DB/OL] http://www.synopsys.com

[3] 數字仿真軟件（LASAR）課程    海軍電子設備測試維修中心

[4] TMS320C5x User’s Guide.   [DB/OL]http://www.ti.com