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硬件開發

硬件測試方法設計

2019-12-16

任何硬件產品在其開發研制過程中都要進行測試,以此判斷產品的功能和性能是否合格。在基于硬系統邏輯測試總的策略的基礎上,根據黑盒測試的原理,提出關于硬件系統邏輯設汁的測試模型,并詳細分析其中模塊,對于硬件系統測試工作其有一定幫助。

硬件系統邏輯的測試也稱為仿真,仿真過程是用來驗證設計者的設計思想是否正確,以及設計實現過程中各種分布參數引入后,其設計的功能是否依然正確無誤。功能仿真(前仿真)是指在一個設計中,在設計實現前對所創建的邏輯進行的驗證其功能是否正確的過程。時序仿真(后仿真)是使用布局布線后器件給出的模塊和連線的延時信息,在最壞的情況下對電路的行為作出實際的估價。時序仿真使用的仿真器和功能仿真使用的仿真器可以是相同的,所需的流程和激勵也是相同的。因而功能仿真和時序仿真的設計過程和操作方法基本相同。對硬件系統邏輯測試總的策略是:先使用黑盒測試方法沒汁基本的測試方案,再用白盒方法補充一些必要的測試方案,具體的測試過程還要結合傳統的碩件測試理論進行。硬件系統的測試是保證其可靠性的主要手段,是硬件系統開發過程中最艱最繁重的任務。

一、硬件系統邏輯設計的測試模型

硬件系統邏輯測試的基本任務是生成測試波形,將測試波形應用于被測邏輯,并分析其輸出的正確性。按照這些要求,功能測試是在其接口進行。因此測試模塊的基本任務是:產生模擬激勵(波形),然后將輸入激勵加入到測試模塊并收集其輸出響應,最后將響應輸出與期望值進行比較。由于芯片不能獨立工作,因此它需要一些外圍器件如時鐘、存儲器件等的支持。測試時,要模擬這些外圍器件的功能,這些模擬器件稱為支持庫。根據黑盒測試的原理,提出關于硬件系統邏輯設計的測試模型,這種模型既可適用在單元測試中,輔以白盒測試找出詳細設計的問題,也可適用在集成測試中,找出各模塊的接口問題,還可適用在系統測試中,找出系統設計的功能是否符合設計要求。

1、被測邏輯模塊。

該模塊是被測試的對象,一般是封裝好的一段代碼或者IP核。根據它的功能就可以推導出要測試的內容以及預期的結果。被測邏輯的測試內容包括功能測試和性能測試。

功能測試:功能測試是整個測試的核心內容,它著重于核實被測試對象能否按計劃運行,提供需要的數據或信號。這種測試的目標是核實數據的接受、處理是否止確,以及其時序是否符合要求。此類測試基于黑盒技術,在接口處與被測邏輯進行交互,并對交玩的輸出或結果進行分析,以此來核實應用程序及其內部進程。如果測試中發現問題可進一步結合白盒測試方法進行測試。

性能測試:性能測試包括對安全性、容量、負載、強度等與時間相關的需求進行評測和評估。性能測試的目標是核實性能需求是否都己滿足。1)安全性測試:安個性測試主要包括兩個方面:程序級別的安全性和系統級別的安全性。程序級別的安全性是指在單元測試中,確保被測模塊只有特定的邏輯組合信號才可以觸發特定的功能模塊,使程序按照預定的狀態機運轉。系統級別的安全性是指在集成測試中確保觸發系統中各個子模塊的接El信號其有唯一性,即實現某種功能的接口信號只能觸發并進入特定的子模塊。2)容量測試:側重于核實測試對象對于大量數據的處理能力,以確定是否達到了將使設計邏輯發生故障的極限。容量測試還將確定測試對象在給定時間內能夠持續處理的最大負載或工作量。3)負載測試:用于在測試的系統保持不變的情況下,核實和評估系統在不同負載下操作極限的可接受性。

強度測試:實施和執行此類測試的目的是找出因資源不足或資源爭用而導致的錯誤。側重于確保系統在遇到異常條件時按預期方向運行。

2、激勵產生模塊

該模塊是產生被測邏輯模塊的輸入信號。在某些復雜的系統中,該模塊還要受到比較模塊的控制,根據其反饋信號對測試檄勵進行調整。在設計該模塊產生的測試激勵數據時需要從如下三個方面進行考慮。

深度:表示在測試中所使用數據的容量或數量。寬度:表示測試數據中數據的變化程度,創建更多的記錄就可以增加測試數據的深度。范圍:表示測試數據與測試目標的相關性,它和測試深度和測試寬度相關。具有許多數據并不意味著其數據一定正確。與處理測試數據的寬度一樣,必須確保測試數據和測試目標相關,也就是說,需要有支持特定測試目標的測試數據。

3、支持庫

測試時所葡要的支持模塊,它的作用主要是:模擬產生被測邏輯模塊所需要的輸入信接收被測邏輯輸出的信號以及對這些接收的信號做出響應。實際中可以使用EDA工具軟件中自帶的標準庫,用尸也可以對自己所需要的庫元件進行建模。庫兀件的建模主要根據系統設計文檔或者電路結構。

4、預期功能模塊

該模塊是被測邏輯模塊的預期功能,它的作用是提供和實際輸出進行比較所需要的數據。這蚱數據攔要根據被測邏輯的設汁文檔或功能說明進行設計,沒計傾期數據要結合要求設定。如果被測邏輯簡單,預期功能可能只體現為幾個輸入輸出波形,這時該模塊就可以簡化,測試時只需在被測邏輯模塊的接口處觀察其輸入輸出波形是否符合要求即可。如果被測邏輯復雜,它的輸入輸出數據可能需要存放在文件或名數據庫中,然后再人工對這些數據進行分析,或者使用其他工具軟件對這些數據進行自動分析,從而判斷被測邏輯是否實現了某種功能。

5、輸出比較模塊

該模塊主要實現將預期功能和實際輸出的波形或數據進行比較,判斷被測邏輯模塊的功能正確與否。進而判斷硬件系統邏輯設計是否符合要求。比較時可以采用人工方式逐一核對數據,也可利用計算機實現自動比較。比較的結果可以作為一種反饋信號提供給激勵產生模塊用于激勵的調整。如果實際輸出信號和預期功能模塊中與之相對應的功能得到驗證,就說明浚模塊實現了某種功能。當所有模塊的功能測試完畢則整個測試也就結束,否則則進入下一次迭代測試。

二、硬件系統邏輯測試過程

硬件系統邏輯設計的測試包含功能傷真和時序仿真階段。在功能仿真階段中,首先需要對每個程序模塊單獨進行測試,這項測試稱為單兀測試。當每個模塊都完成了單元測試之后,測試的下一步工作就是要保證各模塊之間的接凵定義和處理的正確性。集成測試就是要將各模塊集成起來,檢查各模塊在一起工作時是否滿足系統和程序規范的要求。當集成測試結束之后,下一步就是系統測試階段。系統測試階段結束之后,作為開發人員己經確信被測系統運行良好,各項功能和性能符合對系統需求的理解。下一步工仵是實現時序仿真,時序仿真旨在將所做邏輯設計綜合到具體的器得中。時序仿真通過之后就可以將設計下載到實際芯片中進行板級調試了。

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