存儲(chǔ)器故障診斷算法實(shí)現(xiàn) - 全文

　　1 引言

　　存儲(chǔ)器是各種電子設(shè)備中保存信息的主要部件，隨著存儲(chǔ)器芯片的密度和復(fù)雜度的日益提高，設(shè)計(jì)一個(gè)良好的測(cè)試算法來測(cè)試存儲(chǔ)器變得尤為重要。

　　2 存儲(chǔ)器的故障模型

　　研究存儲(chǔ)器的檢測(cè)方法，就必須先建立存儲(chǔ)器單元的故障模型，也就是要求把物理故障模型化為邏輯故障，通?？梢杂霉δ苣Ｐ突蚧蚁蛔幽Ｐ蛯?a href="http://srfitnesspt.com/jiadian/dianshiji/200604174129.html" target="_blank">存儲(chǔ)器故障模型化，典型RAM功能模型如圖1所示，該模型是由Vande Goor提出的簡(jiǎn)化功能DRAM模型[1]。

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　　對(duì)于圖1的功能模型，存儲(chǔ)器的故障主要表現(xiàn)有3類：

　　(1)地址解碼器故障(AF)[2]，主要表現(xiàn)為4種形式(如圖2所示)。

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　　(2)讀寫邏輯模塊故障。主要表現(xiàn)為在讀寫電路中，某些檢測(cè)放大器的出或者寫入驅(qū)動(dòng)器的邏輯部分，可能產(chǎn)生開路、短路或者I/O固定的故障，在讀寫電路的數(shù)據(jù)

　　線之間存在交叉耦合的干擾。

　　(3)存儲(chǔ)單元陣列故障，由于存儲(chǔ)單元陣列是存儲(chǔ)器內(nèi)規(guī)模最為復(fù)雜的一個(gè)模塊，因此出現(xiàn)故障的概率最大，故障的類型也最為復(fù)雜，主要是由于存儲(chǔ)器單元內(nèi)的數(shù)據(jù)線開路、短路以及串?dāng)_所引起的。

　　對(duì)于上述的功能模型去掉其中的某些邏輯模塊，就可用于ROM的測(cè)試。

　　3 存儲(chǔ)器的簡(jiǎn)化功能故障[2、5、6]

　　基于以上各模塊的故障表現(xiàn)形式，又由于地址譯碼故障和讀寫邏輯故障可以等效的功能映射為存儲(chǔ)器單元陣列故障，故可把存儲(chǔ)器故障簡(jiǎn)化為下列四種功能故障：

　　(1)固定故障(stuck-At Fault，SAF)

　　單元或連線的邏輯值總為0或總為1的故障，單元/連線總是處于有故障的狀態(tài)，并且故障的邏輯值不變。

　　(2)轉(zhuǎn)換故障(Transition Fault.TF)

　　轉(zhuǎn)換故障是SAF的一種特殊情況，當(dāng)寫數(shù)據(jù)時(shí)，某一存儲(chǔ)單元失效使得0→1轉(zhuǎn)變或1→0轉(zhuǎn)變不能發(fā)生，表現(xiàn)為固定故障的形式。

　　(3)耦合故障(Coupling Fault，CF)

　　存儲(chǔ)單元中某些位的跳變導(dǎo)致其他位的邏輯發(fā)生非預(yù)期的變化，它既可以發(fā)生在不同單元之間，也可以發(fā)生在同一單元不同位之間。

　　(4)相鄰矢量敏化故障(Neighborhood Pattern Sensitive Faults，NPSF)

　　一個(gè)單元因相鄰單元的活動(dòng)導(dǎo)致狀態(tài)不正確，一個(gè)單元的相鄰單元可能有5個(gè)，也可能有9個(gè)，如圖3的(a)、(b)所示。

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　　4 存儲(chǔ)器故障診斷算法分析

　　針對(duì)存儲(chǔ)器故障模型中的各種故障，人們提出了各種診斷算法，目前主要使用的算法有：Checkerboard算法(棋盤法)、Gallop算法(奔跳法)、March算法(進(jìn)行法)等。

　　4.1 Checkerboard算法(棋盤法)[7]

　　棋盤法的測(cè)試過程是首先對(duì)每一個(gè)存儲(chǔ)單元賦值，使得每一個(gè)單元與其緊相鄰的各個(gè)單元的值都不同，如圖4所示，即把整個(gè)存儲(chǔ)陣列分為兩塊a、b，然后采用如下過程對(duì)a、b進(jìn)行讀寫;

　　(1)對(duì)分塊a(b)中的單元寫0(1);

　　(2)讀所有單元;

　　(3)對(duì)分塊a(b)中的單元寫1(0);

　　(4)讀所有單元;

　　(5)該算法理論上操作的次數(shù)是O(N)，其中N為存儲(chǔ)器容量，可以檢測(cè)SAF故障和相鄰單元的橋接故障，其故障覆蓋率較低。

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　　4.2 Gallop算法(奔跳法)

　　Gallop算法也稱為1(0)漫游或乒乓測(cè)試，測(cè)試過程如下：

　　(1)部分地址單元清0(1);

　　(2)A0寫1(0)，然后A1讀0(1)，A0讀1(0)，然后A2讀0(1)，A0讀1(0)，接著A3讀0(1)，A0讀1(0)，直到全部單元;

　　(3)將A0改寫為0(1)，寫A1為1(0)，重復(fù)以上步驟。

　　整個(gè)過程就像1(0)在整個(gè)陣列中漫游一樣，圖5表示1漫游的情況，該算法具有較高的故障覆蓋率，能檢測(cè)SAF故障、TF故障以及CF故障，單位該算法操作次數(shù)是O(N2)需要較長(zhǎng)的測(cè)試時(shí)間。

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　　4.3 March算法(進(jìn)行法)[3，4]

　　(1)全部單元中寫0;

　　(2)讀A0單元的0，然后再改寫為1，然后讀A1的0，再改寫A1為1，直到An-1。這樣所有單元均為1;

　　(3)然后從An-1到A0作讀1寫0再讀0的操作。

　　該算法的操作次數(shù)為O(N)，能檢測(cè)全部的SAF故障、AF故障以及TF故障。

　　5 一種基于棋盤算法的改進(jìn)及實(shí)現(xiàn)

　　通過研究和對(duì)比上述3個(gè)算法發(fā)現(xiàn)，Checkerboard(棋盤)算法和March算法以線性方式進(jìn)行讀寫，因此存儲(chǔ)器操作次數(shù)與存儲(chǔ)器容量N成正比，Gallop算法雖然有較高的故障覆蓋率，但由于其對(duì)存儲(chǔ)器刺激次數(shù)過多，因此，在實(shí)際測(cè)試中不是一種很經(jīng)濟(jì)的測(cè)試算法，Checkerboad算法只實(shí)現(xiàn)了0→1或1→0的讀寫，所以不能測(cè)試變遷故障。而March算法恰恰實(shí)現(xiàn)了這兩個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，但March算法操作次數(shù)(6N)要多于Checkerboard算法的操作次數(shù)(4N)，對(duì)于大容量存儲(chǔ)器的測(cè)試，March算法將需要比Checkerboard算法更多的測(cè)試時(shí)間來完成整個(gè)測(cè)試過程，因此結(jié)合March算法的特點(diǎn)，對(duì)Checkerboard算法進(jìn)行如下改進(jìn)。

　　(1)對(duì)分塊a(b)中單元寫1(0);

　　(2)對(duì)分塊a(b)中的單元寫0(1);

　　(3)讀所有單元;

　　(4)對(duì)分塊a(b)中的單元寫1(0);

　　(5)讀所有單元。

　　這樣整個(gè)存儲(chǔ)器就同時(shí)經(jīng)歷了由0→1和1→0兩個(gè)讀寫狀態(tài)，就可以測(cè)試出變遷故障，寫改進(jìn)后Checkboard算法對(duì)存儲(chǔ)器的操作次數(shù)為5N次，而March算法對(duì)存儲(chǔ)

　　器的操作次數(shù)則需要6N次，大大地節(jié)省了測(cè)試時(shí)間。

　　以一個(gè)X(行地址)、Y(列地址)地址復(fù)用的128×128的存儲(chǔ)器矩陣為例，按改進(jìn)后的算法編寫的測(cè)試圖形片斷如圖6。

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　　實(shí)際的算法圖形要配合讀寫的時(shí)序，因此圖形更為復(fù)雜，但對(duì)存儲(chǔ)器的操作次數(shù)與理論是一致的，改進(jìn)的Checkerboard算法雖然使用了較少的存儲(chǔ)器操作次數(shù)，但其只能診斷出部分AF故障，與March算法相比，是以犧牲故障覆蓋率為代價(jià)來提高測(cè)試速度的。

　　在實(shí)際的生產(chǎn)型測(cè)試中，地址譯碼模塊由于結(jié)構(gòu)較存儲(chǔ)矩陣要簡(jiǎn)單得多，因此出現(xiàn)故障的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于存儲(chǔ)矩陣，且改進(jìn)的Checkerboard算法也能診斷部分的AF故障，是一種經(jīng)濟(jì)的測(cè)試算法。

　　6 結(jié)語

　　改進(jìn)的算法雖然提高了測(cè)試速度，但這種改進(jìn)犧牲了故障覆蓋率。但就實(shí)際的測(cè)試需要而言，是完全符合要求且行之有效的，在實(shí)際應(yīng)用中，要根據(jù)存儲(chǔ)器的故障類型和測(cè)試需求來選擇合適的診斷算法，才能達(dá)到滿意的效果。