一種以內(nèi)升溫方式檢測時延故障的定溫指令級自測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體工藝技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種以內(nèi)升溫方式檢測時延故障的定溫指令級自測試方法，是一種VLSI故障容忍高溫條件下時延故障的檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高溫因素一直是影響計算機(jī)系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵因素之一。計算機(jī)系統(tǒng)在正常工作溫度下可正確地工作。但是，一旦溫度升高，計算機(jī)系統(tǒng)中將出現(xiàn)大量無法理解的故障。即使整個系統(tǒng)的芯片都經(jīng)過了嚴(yán)格的制造測試，這種問題依然普遍存在。這種與溫度相關(guān)的問題主要來源于最壞時延故障，即高溫條件下的時延故障。隨著芯片溫度的提高，電路中信號傳輸?shù)臅r延也會顯著地提高，因此高溫條件會加劇芯片原本的時延。然而糟糕的是，由于當(dāng)前芯片有著日益遞增的性能要求，設(shè)計中預(yù)留給高溫和其它因素的時間邊界被嚴(yán)重地消減了。在這種情況下，高溫導(dǎo)致電路時延超過芯片的固有時延的故障成為了一項計算機(jī)系統(tǒng)的普遍問題。這個問題需要被妥當(dāng)?shù)靥幚?，尤其是高可靠性要求的計算機(jī)系統(tǒng)。但是，當(dāng)前的方法檢測這種問題存在缺陷，因此需要設(shè)計合適測試方法檢測高溫條件下的時延故障。
[0003]當(dāng)前的制造測試并不適用于測試高溫條件下的時延故障。首先，針對正常的時延故障，制造測試自身就有缺陷。這種方法需要在被測電路上插入輔助測試電路(Design forTest, DFT)，這樣使得被測電路中的故障能夠更容易被激活或被觀測。但是，這種測試要求改變了原來的電路，會引入一些在正常工作中完全不會出現(xiàn)的向量(被稱為非功能向量)。對于時延故障，制造測試將會引入的這種非功能向量比例極其高。這樣，很多工作模式下能正常工作的芯片在制造測試過程中卻被誤認(rèn)為是錯誤芯片。這種問題被稱為過度測試問題，它會對芯片工業(yè)帶來難以容忍的經(jīng)濟(jì)損失。其次，采用制造測試的方法檢測高溫條件下的時延故障是非常危險的。一方面，當(dāng)溫度提高后制造測試會加劇已經(jīng)存在的過量測試問題。這是因為非功能向量能夠輕易地激活那些不可測的長通路，而當(dāng)溫度升高后，這部分故障首先被觀測到。另一方面，當(dāng)前的制造測試亟需降低測試溫度，而不是測試高溫條件下的時延故障。在制造測試中，它的信號跳變數(shù)目是正常工作模式下的數(shù)倍，這些不正常的信號跳變會迅速加熱芯片，甚至直接燒毀芯片。因此，制造測試并不適用于測試高溫條件下的時延故障。
[0004]老化測試常常用于測試芯片在高溫條件下是否正常工作，但是它同樣具有一些致命的問題。在老化測試中，被測芯片被烤爐從外部加熱直到它到達(dá)給定的溫度。然后，這種溫度下，老化測試運行正常程序數(shù)個小時或者數(shù)天，藉此可以測試高溫條件下芯片的缺陷。但是，老化測試會損壞被測芯片。由于長時間的烘烤，這種方法會損壞絕緣，進(jìn)而降低芯片的壽命。更糟糕的是，老化測試不能有效地測試高溫條件下的時延缺陷。首先，由于絕緣層的因素，老化測試可能加熱芯片的表層，而并沒有有效地加熱芯片的內(nèi)部電路。更進(jìn)一步，正常的功能程序并不是專門針對時延故障，它們的故障覆蓋率不高，難以完備地測試芯片。
[0005]指令級自測試方法是一種新型的測試技術(shù)，它通過運行普通的功能程序測試處理器或嵌入式系統(tǒng)，它最顯著的特征是極高的故障覆蓋率，堪比采用全掃描結(jié)構(gòu)的制造測試。這種方法曾經(jīng)被用于測試基于跳變故障模型的時延測試，并且達(dá)到了 94%以上的故障覆蓋率。同時，它也能夠用于基于路徑故障模型的時延測試，同樣達(dá)到了較高的故障覆蓋率。以往的指令級自測試方法僅考慮過低功耗或低溫度，以減少測試開銷。但是，沒有工作考慮采用指令級自測試方法，檢測高溫條件下的時延故障。為了有效地檢測最糟糕情況下的時延故障，指令級自測試方法需要運行在系統(tǒng)允許的最高溫度范圍內(nèi)，即能夠在高溫范圍內(nèi)開展定溫測試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種能有效地測試高溫條件下的時延故障、保證高的故障覆蓋率、減小處理器損失的以內(nèi)升溫方式檢測時延故障的定溫指令級自測試方法。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0008]一種以內(nèi)升溫方式檢測時延故障的定溫指令級自測試方法，對處理器進(jìn)行高溫時延測試，包括以下步驟:
[0009]I)獲取原始指令級自測試程序模塊，形成未變形原始程序模塊集合TH);
[0010]2)對原始指令級自測試程序模塊進(jìn)行循環(huán)展開的變形；
[0011]3)對原始指令級自測試程序模塊進(jìn)行基于觸發(fā)cache miss的變形；
[0012]4)根據(jù)步驟2)和3)，形成基于循環(huán)展開變形的程序模塊集合TF1、基于觸發(fā)cachemiss變形的程序模塊集合TF2和同時采用循環(huán)展開和觸發(fā)cache miss變形的程序模塊集合 TF3 ；
[0013]5)在設(shè)定的測試溫度區(qū)間內(nèi)，采用定溫測試程序調(diào)度算法，從所述TF0、TF1、TF2、TF3中獲取可行調(diào)度；
[0014]6)將處理器加熱到測試溫度區(qū)間的下界，根據(jù)可行調(diào)度，執(zhí)行相應(yīng)程序，針對時延故障實施內(nèi)升溫的定溫測試。
[0015]所述步驟2)中，循環(huán)展開的變形具體為:
[0016]2.1)刪除程序模塊中循環(huán)語句的檢測器；
[0017]2.2)提取循環(huán)次數(shù)，并將其作為變量N的值；
[0018]2.3)檢查變量N是否大于0，若是，則進(jìn)入步驟2.4)，若否，則進(jìn)入步驟2.6);
[0019]2.4)根據(jù)N的值，設(shè)置程序模塊中l(wèi)oad指令和store指令的偏移地址，并輸出本次循環(huán)對應(yīng)的指令序列；
[0020]2.5)變量N自減1，返回步驟2.3);
[0021]2.6)結(jié)束。
[0022]所述步驟3)中，進(jìn)行基于觸發(fā)cache miss的變形時，判斷處理器的cache結(jié)構(gòu)，根據(jù)所述cache結(jié)構(gòu)觸發(fā)原始指令級自測試程序模塊中的cache miss。
[0023]所述cache結(jié)構(gòu)包括直接映射cache、全相聯(lián)cache或組相聯(lián)cache。
[0024]所述步驟5)中，定溫測試程序調(diào)度算法是基于貪心策略，從TF0、TF1、TF2、TF3中搜索滿足設(shè)定的測試溫度區(qū)間的測試程序調(diào)度方案。
[0025]所述貪心策略包括低開銷程序變形優(yōu)先策略和高溫度模塊優(yōu)先策略。
[0026]所述定溫測試程序調(diào)度算法具體為:
[0027]5.1)以測試溫度區(qū)間的下界為初始溫度；
[0028]5.2)根據(jù)低開銷程序變形優(yōu)先策略，從TH)開始搜索，根據(jù)初始溫度計算TH)中未執(zhí)行程序模塊的終態(tài)溫度；
[0029]5.3)根據(jù)所述終態(tài)溫度判斷TH)是否存在滿足設(shè)定的測試溫度區(qū)間的程序模塊，若是，則將滿足設(shè)定的測試溫度區(qū)間的程序模塊作為可行模塊，并根據(jù)高溫度模塊優(yōu)先策略，從所述可行模塊中選取終態(tài)溫度最高的一個加入可行調(diào)度中，并以該終態(tài)溫度作為初始溫度，返回步驟5.2)，若否，則執(zhí)行步驟5.4);
[0030]5.4)根據(jù)低開銷程序變形優(yōu)先策略，從TF2開始搜索，根據(jù)初始溫度計算TF2中未執(zhí)行程序模塊的終態(tài)溫度；
[0031]5.5)根據(jù)所述終態(tài)溫度判斷TF2是否存在滿足設(shè)定的測試溫度區(qū)間的程序模塊，若是，則將滿足設(shè)定的測試溫度區(qū)間的程序模塊作為可行模塊，并根據(jù)高溫度模塊優(yōu)先策略，從所述可行模塊中選取終態(tài)溫度最高的一個加入可行調(diào)度中，并以該終態(tài)溫度作為初始溫度，返回步驟5.2)，若否，則執(zhí)行步驟5.6);
[0032]5.6)根據(jù)低開銷程序變形優(yōu)先策略，從TFl開始搜索，根據(jù)初始溫度計算TFl中未執(zhí)行程序模塊的終態(tài)溫度；
[0033]5.7)根據(jù)所述終態(tài)溫度判斷TFl是否存在滿足設(shè)定的測試溫度區(qū)間的程序模塊，若是，則將滿足設(shè)定的測試溫度區(qū)間的程序模塊作為可行模塊，并根據(jù)高溫度模塊優(yōu)先策略，從所述可行模塊中選取終態(tài)溫度最高的一個加入可行調(diào)度中，并以該終態(tài)溫度作為初始溫度，返回步驟5.2)，若否，則執(zhí)行步驟5.8);
[0034]5.8)根據(jù)低開銷程序變形優(yōu)先策略，從TF3開始搜索，根據(jù)初始溫度計算TF3中未執(zhí)行程序模塊的終態(tài)溫度；
[0035]5.9)根據(jù)所述終態(tài)溫度判斷TF3是否存在滿足設(shè)定的測試溫度區(qū)間的程序模塊，若是，則將滿足設(shè)定的測試溫度區(qū)間的程序模塊作為可行模塊，并根據(jù)高溫度模塊優(yōu)先策略，從所述可行模塊中選取終態(tài)溫度最高的一個加入可行調(diào)度中，并以該終態(tài)溫度作為初始溫度，返回步驟5.2)，若否，則終止。
[0036]所述未執(zhí)行程序模塊的終態(tài)溫度采用四階runge-kutta算法計算獲得。
[0037]所述未執(zhí)行程序模塊的終態(tài)溫度的具體計算過程為:
[0038]al)獲得未執(zhí)行程序模塊i的測試時間time和功耗power ；
[0039]a2)根據(jù)初始溫度計算未執(zhí)行程序模塊i在一個采樣間隔interval后的終態(tài)溫度Te ；
[0040]a3)將終態(tài)溫度Te設(shè)置成下一個采樣周期的初始溫度Ts ;
[0041]a4)重復(fù)步驟al)?a3)M次，得到最終的終態(tài)溫度Te ；
[0042]其中，M為循環(huán)變量，M= time/interval。
[0043]所述根據(jù)高溫度模塊優(yōu)先策略，從所述可行模塊中選取終態(tài)溫度最高的一個加入可行調(diào)度中具體為:
[0044]bl)初始化最高溫度Temax等于首個可行模塊的終態(tài)溫度，最高溫模塊序號max等于該程序模塊的序號i ;
[0045]b2)判斷是否存在其它可行模塊，若是，則選擇另一可行模塊j，執(zhí)行步驟b3)，若否，則執(zhí)行步驟b4);
[0046]b3)判斷可行模塊j的終態(tài)溫度是否大于最高溫度Temax,若是，則將可行模塊j的終態(tài)溫度作為最高溫度Temax,同時將序號max更新為j，返回步驟b2