当前,LSI的发展越来越趋向于高集成度和高复杂度。LSI工艺向微观发展的同时,LSI本身也向多功能性发展。中国面向生产的半导体测试理念不过3-4年的历史,面对越来越复杂的测试需求,测试程序开发人员显得力不从心。更加困扰开发人员的是,他们必须面对缩短测试程序调试

时间以降低测试成本的压力。
很显然,在LSI器件制造出来后必须对其进行全部功能的测试,对此别无选择。在这种模式下,如果测试程序调试过程出现问题,很难很快判别出究竟是哪个环节的问题:测试程序本身问题?芯片本身工艺问题?芯片设计缺陷?接口电路板故障?测试系统本身的功能限制?等等。解决以上问题需要大量的时间。并且,这种花费的时间往往和芯片设计本身并无直接关系,却一并算在了测试程序的总开发时间并计入总成本。
因此,如果要缩短测试程序的调试时间,那就需要在LSI器件被制造出来之前就进行测试程序的调试工作,并能预见和解决尽可能多的问题,而并不使用真实的测试系统。
市场上需要一种解决方案,该方案需要能整合虚拟测试系统,并能够在拥有HDL逻辑虚拟机的工作站上运行。该方案要求此虚拟测试系统的环境应和真实系统完全一致,并能在芯片制造完成之前进行测试程序的验证。中国IC设计领域,应用的测试系统林林总总。因此,也需要该方案能够成为一个通用的测试平台以应对测试工程师和IC设计工程师。虚拟测试系统应该为测试和设计两方面的人员搭建一个亲密接触的平台。
虚拟测试系统归根到底也是一种EDA技术。所不同的是,该技术需要对真实的测试系统畸形仿真,并能够模拟在正常生产中所遇到的问题。
本文旨在介绍当前程序调试的一般方法及其缺陷,展望虚拟测试系统的设想以及应用成效。

1、现有的测试程序调试方法及缺陷

现有方法如图1所示,主要由测试工程师领导整个的调试工作,直到芯片制造完成,他们才能进行测试程序的调试工作,最终向设计工程师提交芯片的验证报告。
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图1以往的测试程序开发流程
上述方法存在着缺陷,严重影响着测试程序调试时间的缩短:
●测试工程师被迫使用真实的测试系统进行测试程序的调试,而此时并没有进行任何预调试的工作。因此,当问题发生的时候,很难判定究竟是哪里出了问题,是测试程序本身,被测器件,器件的设计,接口电路,抑或测试系统本身的参数设定?由此看来,以往的模式需要大量的时间来解决问题。
●尽管测试系统就是用来进行测试程序的调试的,但实际情况下并不容易获得机时来调试。生产上的需求和调试的需求往往会冲突。迫于生产的压力,调试的时间往往被缩短。
●追溯芯片测试问题,往往需要芯片设计者的帮助,然而,测试人员所熟知的测试系统和测试环境往往对于设计者来说非常陌生。结果是,测试信息和设计信息因为处在不同的平台而很难共享,在解决问题上需要花费更多的时间来进行双方面的沟通。
●若调试时碰到的问题最终归结为设计原因,那么器件本身必须进行重新设计并流片,这样就会增加总体成本并拖延设计开发进度。

2、虚拟测试系统的定位

图2表述了应用虚拟测试系统的测试程序调试流程。在这种系统中,在芯片流片前,不使用真实测试机而是使用虚拟测试机进行器件的验证。当芯片流片完成后,直接进入系统级的验证步骤。
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图2应用虚假拟测试系统的开发流程

3、系统配置和特性

该虚拟测试环境需要建立在拥有HDL逻辑模拟器的工作站上,拥有ATE模型以虚拟真实测试系统的硬件体系,测试系统的操作界面以使用真实测试系统的测试程序,以及测试系统的调试器。
测试程序主要由测试向量文件和主测试程序组成。除此之外,还需要提供接口电路的虚拟文件,被测芯片的模型文件——通常是门级逻辑网表或者直接是RTL设计文件。使用上述文件进行仿真,可保证测试程序验证的有效和准确。

4、设想中的调试流程

(1)准备工作
1)建立测试程序以及可执行的目标代码
编译主程序和向量文件。
2)建立测试接口电路的HDL描述
a.用HDL建立被测器件管脚和ATE模型测试通道之间的连接。
b.设定被测芯片和ATE连接线路的延迟时间。

(2)执行步骤
1)启动测试界面
2)启动虚拟测试界面
3)装载测试程序
4)执行虚拟测试
5)得到不良的测试结果后,立刻暂停测试
a.获得出错的向量地址和芯片管脚,比较测得值和期待值。
b.使用调试工具来分析芯片的输入输出波形。
6)使用Shmoo等分析工具来检验芯片的时间参数。

5、新测试方法的优点

新的测试方法可提供以下优势:
●测试程序可进行预先调试,可事先解决很多问题。
●经过调试的测试程序可直接在真实测试系统上运行。
●虚拟测试系统可随时随地的在工作站上运行。
●测试工程师和设计工程师可在同一平台上工作,更有效的解决问题。
●如果测试问题是由设计方面引起的,设计工程师可以从测试工程师那里立刻得到反馈并进行修改,而无须重新对器件进行流片。
●真实测试系统可只用于芯片的实际生产测试,获得最大的功效。

6、总结

本文阐述了虚拟测试系统,作为一个测试工程师和设计工程的通用平台,提供了测试程序的新的调试方法,目的是缩短测试程序的调试时间以降低开发成本。可喜的是市场上的主要ATE厂商已经对此想法用实际行动进行了支持,例如Advantest的EDA-link工具,YOKOGAWA的PreTestStation工具等等。问题在于,如何让这样的工具真正的走入实际运用,并实现对不同测试系统进行支持的通用性。

参考文献
(1)KagaHiroshi,“Chapter2:BasicKnowledgeofATEandTestProcessNecessaryforDesigners,”DesignWaveMagazine,March2001,pp.35-45