專利名稱：片上系統(tǒng)的測(cè)試數(shù)據(jù)壓縮編碼、解碼方法及專用解碼單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。
現(xiàn)有壓縮技術(shù)比較典型的有傳統(tǒng)游程算法與Golomb算法。傳統(tǒng)游程編碼是一種變長到定長的編碼算法。Golomb編碼是在傳統(tǒng)的游程編碼基礎(chǔ)發(fā)展起來的一種改進(jìn)算法，其最大的改進(jìn)之處在于改變?cè)瓉韽淖冮L到定長的編碼方式，而選擇了變長到變長的方案，詳見文獻(xiàn)A.Jas and N.A.Touba，Test vector decompression via cyclical scan chains and itsapplication to test core-based design，Proceedings of International Test Conference，1998，page(s)458-464。但此方案不足之處在于它不能夠適應(yīng)碼流非等間距情況。
由于測(cè)試數(shù)據(jù)本身具有獨(dú)特的屬性，如可指定性、無序性、不均性等，因此需要根據(jù)其特性設(shè)計(jì)具有更好適應(yīng)性的壓縮算法才能獲得更加理想的壓縮效率和穩(wěn)定性。
本發(fā)明提出了片上系統(tǒng)的測(cè)試數(shù)據(jù)壓縮編碼、解碼方法，其特征在于首先，通過存儲(chǔ)程序的計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼，包括如下步驟1)進(jìn)行測(cè)試數(shù)據(jù)游程的分析，即統(tǒng)計(jì)原始測(cè)試數(shù)據(jù)中0和1的比例，若原始測(cè)試數(shù)據(jù)中0的數(shù)據(jù)位少于1的數(shù)據(jù)位，則將所有的無關(guān)位指定為0，按0串編碼；否則將所有的無關(guān)位指定為1，按1串編碼；2)以位串為基本單元，將所述的測(cè)試數(shù)據(jù)切分開來，統(tǒng)計(jì)位串的長度，利用自適應(yīng)的變長壓縮方法編碼表將位串長度轉(zhuǎn)變?yōu)榇a字，實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的壓縮；然后，利用測(cè)試設(shè)備將壓縮的數(shù)據(jù)導(dǎo)入待測(cè)的片上系統(tǒng)；在待測(cè)的片上系統(tǒng)配置針對(duì)自適應(yīng)的變長壓縮方法制作的解碼單元來進(jìn)行解碼，解碼單元包括相互連接的有限狀態(tài)機(jī)、計(jì)數(shù)器和發(fā)送控制器，所述有限狀態(tài)機(jī)讀入壓縮數(shù)據(jù)，每次串行讀入2位數(shù)據(jù)為一個(gè)狀態(tài)，根據(jù)壓縮數(shù)據(jù)代碼字的不同而進(jìn)入不同的狀態(tài)，并由此對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行置位，發(fā)送控制器根據(jù)有限狀態(tài)機(jī)的發(fā)來的編碼輸出狀態(tài)和計(jì)數(shù)器送來的數(shù)據(jù)，將解碼后的數(shù)據(jù)發(fā)送給系統(tǒng)芯片的內(nèi)部掃描測(cè)試邏輯電路，完成壓縮數(shù)據(jù)的解碼。
所述的自適應(yīng)的變長壓縮方法編碼表通過如下方法制得根據(jù)編碼數(shù)據(jù)中位串的長度分布進(jìn)行分組，A1、A2、A3、...、An，考慮一個(gè)長度為L的位串，分組時(shí)將分屬于Aj，其中，j＝[log2(L+3)]-1，[]為取整符號(hào)；在每個(gè)分組中包含2的冪指數(shù)個(gè)元素，每個(gè)位串長度對(duì)應(yīng)一個(gè)代碼字；代碼字的構(gòu)成以00、01、10和11這4種兩位二進(jìn)制數(shù)字串為基本編碼元素，代碼字分為前綴和后綴，前綴為變長字段，由01和11兩種字串構(gòu)成；后綴為定長字段，由00和10兩種字串構(gòu)成。
所述位串長度L的最大值的優(yōu)化取值范圍為16～64。
本發(fā)明還提供了一種實(shí)現(xiàn)片上系統(tǒng)的測(cè)試數(shù)據(jù)解碼方法的專用解碼單元，包括相互連接的有限狀態(tài)機(jī)、計(jì)數(shù)器和發(fā)送控制器；解碼單元的發(fā)送時(shí)鐘送入所述的計(jì)數(shù)器和發(fā)送控制器，所述發(fā)送時(shí)鐘分頻得到的測(cè)試時(shí)鐘和數(shù)據(jù)輸入信號(hào)進(jìn)入所述的有限狀態(tài)機(jī)；有限狀態(tài)機(jī)分別將設(shè)定計(jì)數(shù)器初態(tài)信號(hào)和編碼輸出狀態(tài)信號(hào)送給計(jì)數(shù)器和發(fā)送控制器；計(jì)數(shù)器將編碼數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)給所述的發(fā)送控制器；所述發(fā)送控制器將數(shù)據(jù)輸出信號(hào)送到片上系統(tǒng)的內(nèi)部掃描測(cè)試邏輯電路，然后給出編碼完成信號(hào)到與解碼單元相連的外部控制單元。
采用本發(fā)明所述的編碼方法，經(jīng)編碼后的測(cè)試數(shù)據(jù)是原測(cè)試數(shù)據(jù)的50％-70％，對(duì)于像測(cè)試MPEG2芯片的超大型數(shù)據(jù)，壓縮后的數(shù)據(jù)是原來數(shù)據(jù)的1/3-1/10，利用所述的解碼單元進(jìn)行解碼后測(cè)試集成電路芯片是可行的。
圖2為專用解碼單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為三種壓縮方法的壓縮率比較圖。
本發(fā)明所述的片上系統(tǒng)的測(cè)試數(shù)據(jù)壓縮編碼、解碼方法首先，通過存儲(chǔ)程序的計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼，采用自適應(yīng)變長壓縮方法，(即SAC算法)，包括如下步驟1)進(jìn)行測(cè)試數(shù)據(jù)游程的分析，即統(tǒng)計(jì)原始測(cè)試數(shù)據(jù)中0和1的比例，若原始測(cè)試數(shù)據(jù)中0的數(shù)據(jù)位少于1的數(shù)據(jù)位，則將所有的無關(guān)位指定為0，按0串編碼；否則將所有的無關(guān)位指定為1，按1串編碼；2)以位串為基本單元，將所述的測(cè)試數(shù)據(jù)切分開來，統(tǒng)計(jì)位串的長度，利用自適應(yīng)的變長壓縮方法編碼表將位串長度轉(zhuǎn)變?yōu)榇a字，實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的壓縮；然后，利用測(cè)試設(shè)備將壓縮的數(shù)據(jù)導(dǎo)入待測(cè)的片上系統(tǒng)；在待測(cè)的片上系統(tǒng)配置針對(duì)自適應(yīng)的變長壓縮方法制作的解碼單元來進(jìn)行解碼，解碼單元包括相互連接的有限狀態(tài)機(jī)、計(jì)數(shù)器和發(fā)送控制器，所述有限狀態(tài)機(jī)讀入壓縮數(shù)據(jù)，每次串行讀入2位數(shù)據(jù)為一個(gè)狀態(tài)，根據(jù)壓縮數(shù)據(jù)代碼字的不同而進(jìn)入不同的狀態(tài)，并由此對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行置位，發(fā)送控制器根據(jù)有限狀態(tài)機(jī)的發(fā)來的編碼輸出狀態(tài)和計(jì)數(shù)器送來的數(shù)據(jù)，將解碼后的數(shù)據(jù)發(fā)送給系統(tǒng)芯片的內(nèi)部掃描測(cè)試邏輯電路，完成壓縮數(shù)據(jù)的解碼。
本發(fā)明所述的數(shù)據(jù)壓縮編碼方法采用不等間距編碼方式，即在進(jìn)行分組時(shí)，每個(gè)組的大小根據(jù)其出現(xiàn)頻率進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
首先，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)中位串的長度分布進(jìn)行分組，A1、A2、A3、...、An，n由最長的位串長度Lmax決定，其中，n＝[log2(Lmam+3)]-1，[]為取整符號(hào)；Lmax的優(yōu)選取值范圍為16～64。
考慮一個(gè)長度為L的位串，分組時(shí)將分屬于Aj，其中，j＝[log2(L+3)]-1，[]為取整符號(hào)；在每個(gè)分組中包含2的冪指數(shù)個(gè)元素，例如第i個(gè)分組Ai會(huì)包含2i個(gè)元素；每個(gè)位串長度對(duì)應(yīng)一個(gè)代碼字；代碼字的構(gòu)成以4種兩位二進(jìn)制數(shù)字串為基本編碼元素，即00、01、10和11。代碼字可分為前綴和后綴。前綴為變長字段，由01和11兩種字串構(gòu)成；后綴為定長字段，由00和10兩種字串構(gòu)成。
如表1所示，組成0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13......分別按A1、A2、A3三組構(gòu)成編碼，依據(jù)前綴和后綴按照01、11和00、10進(jìn)行編碼，如A1組的0，其前綴無，后綴為0，則其編碼為00；A3組6和7，它們的前綴均是由01編碼組成的字段0101構(gòu)成，而6的后綴是00，7的后綴是10，則6、7的編碼分別是010100，010110等等。在A1、A2、A3三組之后，有A4......，它們構(gòu)成規(guī)則相同，前綴仍是由01、11組成的字段構(gòu)成，所不同的是前綴字段長度要比A3長，而后綴仍然是兩位，即00、10，整個(gè)編碼長度是呈對(duì)準(zhǔn)對(duì)數(shù)關(guān)系增加。
如表1所示，可以為任意長度的位串編制代碼字。
表1 自適應(yīng)的變長壓縮方法編碼表(即SAC算法編碼表)

SAC編碼還具有以下一些基本屬性●前綴所采用的基本編碼元素都以1為末位值，而后綴所采用的基本編碼元素都以0為末位值。結(jié)果是當(dāng)且僅當(dāng)代碼字中基本編碼元素的末位為0時(shí)，該位為當(dāng)前的代碼字的結(jié)束位，下一位為新代碼字的起始位；●每個(gè)分組所對(duì)應(yīng)的代碼字依次遞增兩位；根據(jù)以上所定義的編碼方式，可以得到長度為L的位串都將映射成Es位代碼字，其中Es＝([log2(L+3)]-1)×2 公式3傳統(tǒng)的游程(run-length)算法和Golomb算法中，代碼字長度與原始數(shù)據(jù)長度的比例都是類似線性的關(guān)系，而SAC算法中代碼字長度與原始數(shù)據(jù)長度則是類似對(duì)數(shù)的關(guān)系，如

圖1所示。其中傳統(tǒng)游程算法的塊參數(shù)選定為4，Golomb算法的編碼參數(shù)選定為3，本發(fā)明用到的SAC算法的塊參數(shù)是一個(gè)自適應(yīng)參數(shù)，擬選為公式3計(jì)算出的結(jié)果?？梢钥吹疆?dāng)位串的長度小于20時(shí)，三種算法的代碼字長度比較接近，相互交錯(cuò)。但當(dāng)位串長度大于20之后，SAC算法表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)。
電路實(shí)現(xiàn)裝置對(duì)于測(cè)試數(shù)據(jù)壓縮方法來說是至關(guān)重要的因素之一。因?yàn)槿绻捎昧藴y(cè)試數(shù)據(jù)壓縮方法，那么在可測(cè)性設(shè)計(jì)中必須要增加一個(gè)解碼單元來恢復(fù)原始的測(cè)試數(shù)據(jù)。這個(gè)解碼單元必須控制在一定的規(guī)模范圍內(nèi)，同時(shí)又要具有較好的擴(kuò)展性，以便于自動(dòng)測(cè)試生成。
為SAC算法所設(shè)計(jì)的解碼單元如圖2所示，該解碼單元包括相互連接的有限狀態(tài)機(jī)、計(jì)數(shù)器和發(fā)送控制器；解碼單元的發(fā)送時(shí)鐘Clkh送入所述的計(jì)數(shù)器和發(fā)送控制器，所述發(fā)送時(shí)鐘Clkh分頻得到的測(cè)試時(shí)鐘Clkl和數(shù)據(jù)輸入信號(hào)Sin進(jìn)入所述的有限狀態(tài)機(jī)；有限狀態(tài)機(jī)將設(shè)定計(jì)數(shù)器初態(tài)信號(hào)送給計(jì)數(shù)器通知計(jì)數(shù)器按給定編碼初態(tài)計(jì)數(shù)，將編碼輸出狀態(tài)信號(hào)送給發(fā)送控制器通知發(fā)送控制器按給定狀態(tài)輸出編碼后數(shù)據(jù)；計(jì)數(shù)器將編碼數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)給所述的發(fā)送控制器；所述發(fā)送控制器將數(shù)據(jù)輸出信號(hào)Sout送到片上系統(tǒng)的內(nèi)部掃描測(cè)試邏輯電路，然后，發(fā)送控制器輸出編碼完成信號(hào)ready到與解碼單元相連的外部控制單元，報(bào)告本段測(cè)試數(shù)據(jù)編碼完成，可以送入后續(xù)的測(cè)試數(shù)據(jù)。
根據(jù)實(shí)際電路以及測(cè)試設(shè)備的特點(diǎn)，解碼單元采用的是低頻掃入，高頻掃出的工作方式。低頻時(shí)鐘Clkl為測(cè)試數(shù)據(jù)在測(cè)試儀器與待測(cè)芯片間的傳送頻率。高頻率時(shí)鐘Clkh為解碼單元的發(fā)送時(shí)鐘，該頻率由電路的掃描鏈特性決定。可以根據(jù)電路的設(shè)計(jì)指標(biāo)，參考測(cè)試時(shí)間和測(cè)試功耗等因素來確定。Clkl與Clkh應(yīng)保持同步，由Clkh分頻得到。分頻的倍數(shù)需要根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)中最長的位串長度、Clkh以及測(cè)試設(shè)備的性能來綜合決定。
以基于0位串的壓縮為例，當(dāng)需要解碼一個(gè)長度為8的0位串(代碼字為011100)時(shí)，解碼單元的動(dòng)作過程如下●初始狀態(tài)計(jì)數(shù)器清零；發(fā)送控制器于空閑狀態(tài)；有限狀態(tài)機(jī)處于等待狀態(tài)。
●讀入01發(fā)送控制器仍然于空閑狀態(tài)；有限狀態(tài)機(jī)控制下將計(jì)數(shù)器置為2，表示需要發(fā)送2個(gè)連續(xù)的0。
●讀入11發(fā)送控制器以Clkh的頻率，按計(jì)數(shù)器中的值發(fā)送2個(gè)連續(xù)的0；有限狀態(tài)機(jī)控制下將計(jì)數(shù)器置為6。
●讀入00發(fā)送控制器以Clkh的頻率，按計(jì)數(shù)器中的值發(fā)送6個(gè)連續(xù)的0；有限狀態(tài)機(jī)控制下將計(jì)數(shù)器置為0，進(jìn)入結(jié)束狀態(tài)。
●讀入下一個(gè)壓縮數(shù)據(jù)的前兩位發(fā)送控制器發(fā)送結(jié)束位1；有限狀態(tài)機(jī)根據(jù)解碼結(jié)果寫計(jì)數(shù)器。
以上即為一個(gè)簡單實(shí)例的具體操作過程，其中有限狀態(tài)機(jī)對(duì)計(jì)數(shù)器的置位可根據(jù)表2確定，更長的代碼字也可依照此表推算得到。
表2 代碼字與計(jì)數(shù)器置位數(shù)值映射表

采用ISCAS89 benchmark電路的全掃描形式，對(duì)傳統(tǒng)游程(run-length)算法、Golomb算法以及SAC算法進(jìn)行壓縮效率的比較，如表3所示。
表3 三種壓縮算法的壓縮效率比較


從表3的數(shù)據(jù)以及圖3可以看出，由于SAC在保持短位串壓縮效率的情況下，進(jìn)一步提高了對(duì)長位串的壓縮效率，因此總體壓縮效率要優(yōu)于傳統(tǒng)游程(run-length)算法和Golomb算法。采用本發(fā)明所述的SAC數(shù)據(jù)壓縮方法效率穩(wěn)定，基本保持在70％-50％之間。而且隨著電路規(guī)模的增大，其壓縮效率的優(yōu)勢(shì)更加明顯。
權(quán)利要求
1.片上系統(tǒng)的測(cè)試數(shù)據(jù)壓縮編碼、解碼方法，其特征在于首先，通過存儲(chǔ)程序的計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼，包括如下步驟1)進(jìn)行測(cè)試數(shù)據(jù)游程的分析，即統(tǒng)計(jì)原始測(cè)試數(shù)據(jù)中0和1的比例，若原始測(cè)試數(shù)據(jù)中0的數(shù)據(jù)位少于1的數(shù)據(jù)位，則將所有的無關(guān)位指定為0，按0串編碼；否則將所有的無關(guān)位指定為1，按1串編碼；2)以位串為基本單元，將所述的測(cè)試數(shù)據(jù)切分開來，統(tǒng)計(jì)位串的長度，利用自適應(yīng)的變長壓縮方法編碼表將位串長度轉(zhuǎn)變?yōu)榇a字，實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的壓縮；然后，利用測(cè)試設(shè)備將壓縮的數(shù)據(jù)導(dǎo)入待測(cè)的片上系統(tǒng)；在待測(cè)的片上系統(tǒng)配置針對(duì)自適應(yīng)的變長壓縮方法制作的解碼單元來進(jìn)行解碼，解碼單元包括相互連接的有限狀態(tài)機(jī)、計(jì)數(shù)器和發(fā)送控制器，所述有限狀態(tài)機(jī)讀入壓縮數(shù)據(jù)，每次串行讀入2位數(shù)據(jù)為一個(gè)狀態(tài)，根據(jù)壓縮數(shù)據(jù)代碼字的不同而進(jìn)入不同的狀態(tài)，并由此對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行置位，發(fā)送控制器根據(jù)有限狀態(tài)機(jī)的發(fā)來的編碼輸出狀態(tài)和計(jì)數(shù)器送來的數(shù)據(jù)，將解碼后的數(shù)據(jù)發(fā)送給系統(tǒng)芯片的內(nèi)部掃描測(cè)試邏輯電路，完成壓縮數(shù)據(jù)的解碼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試數(shù)據(jù)壓縮編碼、解碼方法，其特征在于所述的自適應(yīng)的變長壓縮方法編碼表通過如下方法制得根據(jù)編碼數(shù)據(jù)中位串的長度分布進(jìn)行分組，A1、A2、A3、...、An，考慮一個(gè)長度為L的位串，分組時(shí)將分屬于Aj，其中，j＝[log2(L+3)]-1，[]為取整符號(hào)；在每個(gè)分組中包含2的冪指數(shù)個(gè)元素，每個(gè)位串長度對(duì)應(yīng)一個(gè)代碼字；代碼字的構(gòu)成以00、01、10和11這4種兩位二進(jìn)制數(shù)字串為基本編碼元素，代碼字分為前綴和后綴，前綴為變長字段，由01和11兩種字串構(gòu)成；后綴為定長字段，由00和10兩種字串構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測(cè)試數(shù)據(jù)壓縮編碼、解碼方法，其特征在于所述位串長度L的最大值的優(yōu)化取值范圍為16～64。
4.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述片上系統(tǒng)的測(cè)試數(shù)據(jù)解碼方法的專用解碼單元，其特征在于該解碼單元包括相互連接的有限狀態(tài)機(jī)、計(jì)數(shù)器和發(fā)送控制器；解碼單元的發(fā)送時(shí)鐘送入所述的計(jì)數(shù)器和發(fā)送控制器，所述發(fā)送時(shí)鐘分頻得到的測(cè)試時(shí)鐘和數(shù)據(jù)輸入信號(hào)進(jìn)入所述的有限狀態(tài)機(jī)；有限狀態(tài)機(jī)分別將設(shè)定計(jì)數(shù)器初態(tài)信號(hào)和編碼輸出狀態(tài)信號(hào)送給計(jì)數(shù)器和發(fā)送控制器；計(jì)數(shù)器將編碼數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)給所述的發(fā)送控制器；所述發(fā)送控制器將數(shù)據(jù)輸出信號(hào)送到系統(tǒng)芯片的內(nèi)部掃描測(cè)試邏輯電路，然后給出編碼完成信號(hào)到與解碼單元相連的外部控制單元。
全文摘要
片上系統(tǒng)的測(cè)試數(shù)據(jù)壓縮編碼、解碼方法及專用解碼單元，屬于集成電路測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中測(cè)試向量壓縮效率較低，測(cè)試時(shí)間較長，不能夠適應(yīng)碼流非等間距情況的問題，本發(fā)明公開了片上系統(tǒng)的測(cè)試數(shù)據(jù)壓縮的編碼方法，通過存儲(chǔ)程序的計(jì)算機(jī)執(zhí)行如下步驟首先統(tǒng)計(jì)原始測(cè)試數(shù)據(jù)中0和1的比例，若原始測(cè)試數(shù)據(jù)中0的數(shù)據(jù)位少于1的數(shù)據(jù)位，則將所有的無關(guān)位指定為0，按0串編碼；否則按1串編碼。以位串為基本單元，將所述的測(cè)試數(shù)據(jù)切分開來，統(tǒng)計(jì)位串的長度，利用自適應(yīng)的變長壓縮方法編碼表將位串長度轉(zhuǎn)變?yōu)榇a字，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮；解碼方法是利用針對(duì)自適應(yīng)的變長壓縮方法制作的解碼單元來進(jìn)行解碼的。
文檔編號(hào)G01R31/28GK1476174SQ0314817
公開日2004年2月18日 申請(qǐng)日期2003年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月4日
發(fā)明者孫義和, 徐磊, 陳弘毅, 高力立 申請(qǐng)人:清華大學(xué)