半导体

应对大容量高速率 FPGA测试需要综合方案

作者:电子信息产业网来源:中国电子报、电子信息产业网发布时间:2012-08-18 17:39我要评论






泰克科技设计与制造测试仪器产品部应用工程师 张欣


现在FPGA的一个发展趋势是把CPU、MCU集成进来,这些变化对测试企业也是一种潜在的挑战。


现在FPGA的一个发展趋势是把CPU、MCU集成进来,甚至在FPGA内部实现片上系统都是可能的,这对FPGA的门数、时钟速率,功耗都提出了很高的要求。同时,这些变化对测试企业也是一种潜在的挑战。


从不同层面考量解决方案


按照现在FPGA的发展状况,单纯靠软件的方法,是无法做好产品检测的,要把软件与硬件结合起来。


一是大容量。现在百万门级FPGA的应用已经很多了。对设计工程人员来说,门数的增多必然会对设计提出更高的要求。比如在FPGA不同模块进行拼接合成的过程中,必然会遇到模块与模块之间的接口问题,而传统的仿真、测试仅限于模块内部或模块自身,涉及模块与模块之间的协同问题,往往是实时信号,无法用静态的仿真工具体现出来,这时就需要外部测试仪器的介入。


二是高速率。现在FPGA内部信号速率变化得很快,频率可以达到300MHz、500MHz,甚至更高,局部可能会有上1000MHz的时钟速率。另外FPGA接口速率也有很大提高,比如现在通信行业经常用到FPGA做桥片、数据发送器或接收器,最高速率已达到28GHz,以往经常使用IC,而现在为了实现更加灵活的协议操作度,往往使用FPGA来实现。在时钟速率较低的情况下,不需要进行过多的测量验证,误码率也可以达到相关要求,可是当速率提高到28GHz时,如果没有一个更好的测量手段,将很难对系统做出客观正确的判断。


解决方案需要从不同层面进行考量。第一个层面需要对承载FPGA的PCB板进行测量,比如它的走线、设计、过孔等,在测试中可以通过阻抗、差损等专用的信号外展性测试方案,对PCB的质量进行评估。这可使测试者了解这个PCB板可以跑多快的速率。第二个层面是对信号本身的质量进行考察。现在FPGA的高速接口都可以对信号的摆幅、预加重等参数进行调节,在接收端对均衡、时钟恢复等参数进行调节。但这些参数究竟调速到什么程度是最优的呢?这就需要在板级对信号进行采集,然后进行分析,提供一种类似仿真的功能。它可以在测量系统中,把FPGA的内部设置直观地反映到信号中去,不需要实际调节FPGA的参数,而是在测量系统中反映出来。第三个层面涉及误码的测量。客户显然更关心接收端的容限能力,即能接受多差的信号,而不出现误码。


当然,对FPGA的测试大部分是通过软件实现的。首先是成本比较低,不需要外购设备和仪器。其次是可以把大部分的设计缺陷找出来。但是软件方式,无论是静态仿真,还是动态仿真,都存在部分测试需求无法满足的情况。比如实时性问题,因为FPGA总是作为运算系统的一个子模块来运行的。FPGA配合板内其他模块时的工作状态,用仿真工具是没法直接测量的,比如是否要设置一些容限,是否进行一些时钟的约束性保护等,都需要用到外部的测量设备。另外,在测试的精度方面,FPGA的内部软件测试只能做逻辑信号的状态采集,无法看到定时信息。而FPGA中定时的测试数据又是非常重要的。这些测量也只能通过外部硬件设备来完成。总之,按照现在FPGA的发展状况,单纯靠软件的方法,是无法做好产品检测的。但也不能完全摒弃软件方法,要把软件与硬件结合起来,用软件方法可以发现产品中80%%的问题,剩下20%%的问题只能用外部的仪器来测量。但是,这20%%的问题往往需要花费80%%的时间和精力去处理。


组合应用测试工具


泰克很早就预计到数字电路的发展是一个不可阻挡的趋势,数字电路的趋势是高速化、串行化。


至于测试工具的选择,无外乎是示波器与逻辑分析仪等。逻辑分析仪是数字化的采集设备,专门用于检测数字逻辑。它通道数多,本身状态时钟速率可以达到2G~3GHz,可以与局部时钟、系统时钟匹配起来,可以以时钟的节拍,对信号进行锁存,从而看到FPGA内部的工作状态。在泰克的示波器家族中MSO(混合信号示波器),即带有逻辑通道的示波器,是非常重要的一类,它还可以看到模拟信号。


对不同规模的FPGA进行调试会用到不同的设备:如果对大容量FPGA进行检测,逻辑分析仪更适合一些,它的通道数更多,状态速率更匹配于大容量FPGA;如果是对一些小型FPGA进行检测,MSO更加适合,它除了可以测量逻辑信号之外,还可以测量模拟信号。另外,在泰克的解决方案中,还有一套逻辑分析仪与示波器匹配使用的方案,可以让用户既看到逻辑信号又看到模拟信号,即从两种不同角度对一个信号进行观测。


泰克很早就预计到数字电路的发展是一个不可阻挡的趋势,数字电路的趋势是高速化、串行化。泰克在FPGA调试的重要工具发展方面有着长期的积累。2011年泰克公司又收购了Veridae公司,以扩展大规模ASIC/FPGA设计仿真产品线,提供了Clarus、Certus、Corus系列产品,针对SoC、ASIC设计、原形验证以及系统设计提供片上仪器测试方案。如Certus调试套件就是一种灵活的、经过验证的解决方案,可以用于所有高端Xilinx或Altera FPGAs及各种现有的FPGA原型电路板上,而不管特定ASIC设计采用什么I/O或FPGA拓扑。


 


责任编辑:电子信息产业网
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