一种基于仿真测试平台的实物自动化测试环境.doc
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1、一种基于仿真测试平台的实物自动化测试环境摘要针对FPGA软件测试过程中仿真测试和实物测试的不足,提出了一种基于仿真测试用例的实物自动化测试环境,将用于仿真测试的Testbench进行解析处理,形成能够用于FPGA实物测试的传输信号,通过执行器将此信号转换为作用于被测FPGA芯片的实际信号,并采集被测FPGA芯片的响应,实现对FPGA的实物自动化测试。采用实物自动化测试环境验证平台对设计架构进行了验证,取得了良好的效果。0 引言随着FPGA设计规模的不断扩大,因FPGA软件设计而造成的质量问题也越来越突出,成为影响装备质量的重要因素。而测试是当前解决该问题的最有效手段,因此,越来越多的型号装备产
2、品定型过程对FPGA软件测试提出了新的要求3。然而FPGA测试与常规软件测试不同,因其测试环境限制,测试过程需大量依赖于仿真和分析的方法4,而在实际芯片中开展的测试往往是板级、系统级测试,测试结果可信度低且无法有效发现FPGA软件设计缺陷5-6。为此,本文提出了一种基于仿真测试平台Testbench数据的自动化测试环境框架,测试结果具有较高的可信度,能够有效提高FPGA测试质量。1 FPGA动态测试概述1.1 FPGA动态测试环境原理当前型号装备FPGA定型测试过程主要方法包括设计检查、功能仿真、门级仿真、时序仿真、静态时序分析、逻辑等效性检查和实物测试。其中功能仿真、门级仿真、时序仿真和实物
3、测试均为动态测试,开展测试时需依据测试要求,建立FPGA运行的外围环境,根据测试对象的不同,可将此类环境分为仿真测试环境和实物测试环境。采用仿真测试环境时,需根据测试用例将测试数据映射为不同时刻下的不同信号值,形成仿真测试平台文件Testbench,通过仿真测试工具将被测FPGA产生的响应进行采集和自动判断,形成测试结论7。采用实物测试环境时,往往构建系统测试环境,将FPGA与外围电路、设备一起运行,通过外部总线接口设置激励数据,然后通过总线输出接口查看响应结果,人工分析和判断,形成测试结论8。1.2 FPGA动态测试特点动态测试因测试实施过程中被测系统处于运行状态,能够较为准确地反映系统实际
4、运行时的行为,因此在测试技术中成为最重要的测试手段之一。FPGA动态测试过程通常采用仿真测试与实物测试相结合的方法,通过执行测试用例覆盖FPGA需求、发现相关缺陷,与静态测试相比, 具有测试结果直观、覆盖率高等优势。但是,FPGA动态测试也存在一定弊端,在当前型号测试任务中越来越突出9-10,主要包括:(1)仿真测试过分依赖于仿真工具的性能;(2)仿真测试覆盖率因使用IP核等原因无法得到充分保障;(3)实物测试针对系统数据,而无法针对芯片信号。当前高可靠系统的FPGA动态测试方法作为型号任务测试中的重要测试手段,在工程实践中虽然能够发现大量FPGA质量缺陷,但是上述弊端得不到解决,FPGA潜在
5、的质量风险就无法得到有效控制。2 自动化测试环境设计2.1 环境需求分析为提高当前高可靠系统FPGA动态测试的可信性及测试效率,动态测试过程需满足如下测试要求:(1)测试激励应能够完整反映FPGA芯片的输入输出行为,而非系统级测试激励仅反映应用数据,即测试用例数据需由应用层降低至信号传输层。(2)动态测试的目标FPGA设计需在真实的器件上运行,而非采用仿真工具替代目标FPGA运行。(3)动态测试激励的施加及测试结果的采集均能够满足FPGA设计需求的精度及实时性,即能够对被测FPGA设计施加高精度的信号输入,同时能够支持对被测FPGA输出信号的高精度采集;此外,对FPGA各激励及响应信号的实时性
6、应满足系统要求11。2.2 环境框架构建2.2.1 工作原理为满足动态测试环境需求,设计基于Testbench的实物测试环境,通过Testbench对测试信号作用域、触发时刻的描述,解决测试激励的信号传输层需求;通过将Testbench信号转换成真实的电路信号并施加于真实的被测FPGA芯片,解决被测系统运行的真实性问题;通过高性能FPGA芯片进行Testbench信号描述与真实电路信号的转换,解决测试激励及响应的精度及实时性需求。具体工作原理如下:将Testbench进行语义解析,便可获得测试激励数据。此激励数据若不用于仿真,而经过信号分配施加于被测FPGA芯片实体,便可实现基于Testben
7、ch的实物测试。同时,解析Testbench中对预期信号的读取过程,并将被测FPGA实体的输出信号读取出来便可获得被测FPGA的运行结果,然后将实际运行结果与预期结果进行自动比对,便可实现基于Testbench的自动化测试过程。2.2.2 系统结构根据Testbench下的FPGA自动化测试工作原理,设计FPGA自动化测试环境框架如图1所示。将测试环境按照测试的实时性要求划分成主控平台和执行平台两部分,主控平台为非实时节点,执行平台为实时节点。主控平台主要完成测试准备及测试结果分析工作。准备工作包括测试激励的准备和测试接口的准备。测试激励的准备是指将Testbench中的测试激励信息进行解析的
8、过程,具体过程为:在主控平台中完成Testbench的编辑后,将生成的Testbench经形式化处理,解析成激励域和结果域两类字段,每个域字段内均包含时刻、引脚和引脚值3个要素,最终形成包含有测试激励信息的数据帧消息,并通过以太网将该数据帧消息发送至执行平台。测试接口的准备是指设计被测FPGA外围接口模型,并将其综合、布局布线后下载至一片高性能FPGA(以下称为执行器FPGA)中等待运行的过程;对于不同的被测FPGA测试项目,需对执行器FPGA分别进行接口模型的创建。测试结果分析工作用于接收测试结果数据,生成测试报告。执行平台可视为一个多路信号收发平台,其接收主控下发的Testbench激励数
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