数字芯片（通用8篇）
数字芯片 篇1
摘要：为解决在科研和商业活动中需对芯片是否损坏进行检测的问题, 设计由上位PC机软件和检测端组成的智能数字芯片检测仪。检测端由单片机AT89S52数据处理模块、复杂可编程逻辑器件 (CPLD) EPM3256待测芯片控制模块、双通道24位模数转换芯片 (A/D) CS5550采样电路、电可擦写可编程只读存储器 (EEPROM) AT24C08存储电路、LED显示电路和过流保护电路组成。检测端具备与上位PC机串口通信功能, 通过上位机软件用户可以自行更新、编辑待测芯片库, 检测端可以脱离上位机, 同时对两个48管脚以内双列直插式 (DIP) 封装的数字芯片进行检测。
关键词：芯片检测仪,单片机,复杂可编程逻辑器件,串口通信
1、引言
随着电子芯片市场的蓬勃发展, 部分不法商人用已经损坏的芯片或者假芯片代替好芯片来牟取暴利, 增加产品研发的难度, 损害企业信誉。同时在高校的电子实验过程中经常需要判断集成芯片是否已经损坏。确保芯片工作正常是仪器研发、教学实验顺利进行的必要条件。因此智能数字芯片检测仪是科研机构、高校实验室及电子元器件商人共同需要的实用产品。
2、仪器简介
仪器设计由上位PC机软件和检测端组成。检测端由单片机AT89S52数据处理模块、CPLD EPM3256待测芯片控制模块、双通道24位A/D CS5550采样电路、EEPROM AT24C08存储电路、显示电路、过流保护电路组成。检测端可以通过串口芯片MAX232与上位PC机进行通信, 交互芯片信息和检测信息。AT89S52通过自定义的通信协议控制CPLD配合以MOS管组成的芯片管脚状态控制阵列完成待测芯片管脚状态的控制工作, 通过模拟SPI总线控制24位A/D CS5550工作, 并对采集数据进行处理、存储。检测端可以脱离上位机实现同时对两个48管脚以内DIP封装的数字芯片进行检测。图1为该仪器设计框图。
仪器第一次工作或要进行待测芯片数据更新时, 将检测端与上位PC机通过交叉串口线连接, 打开检测端电源, 打开上位机程序, 选择所使用的串口, 选择需检测的芯片型号, 然后点击打开文件按键, 待测芯片的配置信息则通过串口传输至检测端。此后检测端便可以脱离上位机独立进行检测工作。在需要检测其他芯片时, 与上位机连接再进行数据更新即可。图2为上位机用户界面。
3、仪器硬件设计
3.1 仪器电源、电压调理电路设计
仪器采用外置5V直流电源供电。因为不同芯片的工作电源电压不同, 数字芯片工作电源多为直流5V、3.3V, 仪器采用LM1117芯片设计电路产生3.3V电源, 采用MAX764芯片设计电路产生-5V电源。产生的3.3V电源同时作为CPLD的工作电源。+5V、-5V电源作为检测端模拟电路工作电源。
待测芯片电源设计。因为待测芯片电源管脚不确定, 任意管脚都可能是电源脚、接地脚或应设定为悬空状态。本仪器采用为每个管脚连接1个P沟道的MOS管和1个N沟道的MOS管, 分别作为该管脚的电源开关和接地开关。两个MOS管配合工作实现对待测芯片管脚的电源、接地、悬空三种状态的控制。仪器采用P沟道MOS管2502和N沟道MOS管6401设计电路, 两者都具有较好的导通和截止特性, 能够有效的实现对待测芯片管脚的三种状态控制。图3为以PN1管脚为例的状态控制原理图。Q1作为接地开关, Q2作为电源开关, POWERC1和POWERC2为CPLD管脚控制端。
3.2 CS5550采集信号及前段处理电路
正常工作的数字芯片功率相对较小, 在采集信号输入到A/D之前需要对信号进行放大处理, 本仪器设计采用了高精度、低失调、低漂移和低噪声的集成放大器OPA4227设计前端放大和后端跟随输出电路。
3.3 过流保护电路设计
在待测芯片为坏芯片或是假芯片的情况下, 可能出现电流过大的情况, 因此需要设计过流保护电路。仪器采用前端跟随采样电阻电压信号, 后端设计合理的比较电路, 比较结果输出给CPLD进行监控处理。
3.4 检测结果和仪器工作状态显示电路设计
仪器采用简明的LED做为信息提示。用两组各1个绿色、红色和黄色LED灯分别表示两个测试芯片的好、坏和引起过流保护响应。单片机与CPLD通信时, 会伴有绿色LED灯的闪烁和蜂鸣声, 在管脚配置完成成之后, 所有绿色LED灯关闭, 蜂鸣声停止, 仪器进入检测状态。如果出现过流保护状态, 相应芯片的黄色LED灯亮起, 伴有蜂鸣报警声, 此时待测芯片电源关闭, 其他部分电路正常工作。
4、软件设计
仪器与上位机采用通用的串口通信方式。上位机用VC设计, 具有良好人机交互界面和待测芯片数据管理系统。用户通过工作界面可以实现对待测芯片库的更新和编辑。
软件运行具体流程如下, 在检测端上电后, 单片机进行初始化, 开启串口中断, 当检测端与上位机连接有效, 并且上位机向检测端发送待测信息, 则单片机进入串口中断服务子程序, 接收上位机的信息再由单片机通过模拟I2C时序将信息存储在AT24C08中, 完成串口中断服务子程序。
在未检测到串口中断时, 单片机将待测芯片的管脚配置信息从E E P R O MAT24C08中读出然后发送至CPLD, 再由CPLD根据信息控制MOS管芯片管脚状态控制阵列, 完成芯片管脚的配置工作。单片机与CPLD工作电平兼容, 设计了7线制并行的传输模式, 1个线作为时钟控制端, 产生上升沿触发CPLD内部状态机工作, 其余6线作为管脚配置信息发送端, 每次同时传输3个管脚的配置信息, 在CPLD的1个状态内同时完成这3个管脚的配置工作。经过16个状态完成对48个管脚的配置工作, 单片机发送第17个上升沿, 传输芯片工作电压信息。完成芯片管脚和电源的配置工作后, 再发送第18个上升沿, 仪器进入待测芯片检测状态。图5为CPLD部分程序流程图。
在完成待测芯片管脚配置后, 等待来自CS5550的中断请求, 分别读取两通道信息。在测试中发现检测数字芯片时会引入干扰信号, 干扰信号的幅度相对于有效信号幅度表现出具有明显的突变特性。在数据处理的过程中, 采用中值滤波方式对采集数据进行处理, 可以有效的屏蔽掉干扰信号。将数据处理结果与正常芯片进行比较, 判断芯片检测结果。
5、结语
该仪器是一种经济、实用、便捷的数字芯片检测系统, 能够同时检测两个48管脚以内的DIP封装的数字芯片。拥有良好的人机交互界面, 用户可以轻松的添加和编辑芯片检测库, 仪器具有出色的自我保护功能。该仪器可在高校实验室、电子工厂、商业芯片采购中作为产品质量检测的便捷工具。
参考文献
[1]周立功.单片机实验与实践[M].北京:北京航空航天大学出版社.2004.8
[2]周立功, 夏宇闻.单片机与CPLD综合应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社.2003.9
[3]潘松编.EDA技术与VHDL[M].第2版.北京:清华大学出版社.2003.9
[4]马忠梅, 籍顺心, 张凯, 等.单片机的C语言应用程序设计[M].第4版.北京:北京航空航天大学出版社.2007.2
[5]李玉, 姚旺生.便携式逻辑芯片功能检测仪[J].舰船电子工程.2005年;05期
数字芯片 篇2
千呼万唤的数字电视终端标准终于出台了。4月3日，信息产业部公布了25项行业推荐标准，其中包括液晶、等离子、液晶背投、液晶前投、背投阴极射线管、阴极射线管等六项数字电视显示器类高清标准。按照新的标准，等离子电视、液晶电视、液晶背投电视、CRT背投电视等要想被认定为高清数字电视，至少必须满足清晰度达到720线以上，CRT数字电视要想被认定为高清电视，清晰度必须达到620线以上。
然而，现在市场上32英寸以下的小屏幕液晶电视和42英寸等离子电视多数都达不到高清显示标准，尤其是42英寸等离子电视，由于受到显示屏技术限制，基本不可能达到720线的清晰度。而即使是液晶电视，如果屏幕的物理分辨率没有达到1366×768，并且没有进行电路升级，也不可能实现720线的清晰度。因此，信产部给了这6项标准8个月的过渡期，于2007年1月1日起实施。而同时公布的数字电视接收设备基础标准(术语及试验方法)、接口标准(射频及音视频等七大部分)、机顶盒标准(通用规范和测量方法)、机卡分离标准(技术和测试规范)等四大类标准，已从公布之日起开始实施。（郑重）
百思买欲改中国家电零售格局
据英国《金融时报》报道，美国最大的消费品零售商百思买(Best Buy)近日宣布已将在华首家商店的店址定于上海徐家汇，百思买将成为首家进入中国市场的美国电子产品零售商。此外，其购入五星电器部分股权的谈判也已进入最后阶段。五星电器是国内消费电器市场上第四大连锁运营商。分析师认为，百思买此举意在组成战略联盟，以支持其在中国实现有效增长的计划。
多年来，中国主要被视为低成本产品的供应国，但百思买此举显示，外国零售商对中国消费电子市场的兴趣日益浓厚。自2000年以来，中国消费电子市场每年平均增长逾15%，但一直是由国内的企业所主导。与拥有150家门店的五星电器达成交易，将有助于百思买获取有价值的市场情报，还将使它得以参股一家全国连锁店，借此挑战国内家电零售业的领军企业国美、苏宁、永乐等。百思买预计，中国消费电子产品零售市场规模到2010年将有望超过1000亿美元。（董璐）
闪联芯片开放招标
日前，闪联信息产业协会发布了一则芯片招标公告，称闪联决定自主研发核心芯片产品，并面向北京市的芯片企业公开招标。此次的招标内容为闪联网络认证芯片、闪联DRM算法和闪联网络认证芯片解决方案。在公开发布了招标公告后，已经有数家厂商表示了浓厚兴趣，目前有八家芯片设计公司入围，其中飞思卡尔、芯原微电子、芯晟、北京希格玛晶华微电子四家公司甚至已经投奔闪联阵营。闪联信息产业协会将在4月15日之前公布招标结果。
数字芯片 篇3
随着笔记本电脑、服务器和数字电视 (DTV) 等应用越来越多地采用数字控制功率半导体, 该市场在未来三年内肯定会脱离初生阶段, 开始迅速成长, 到2011年营业收入将接近10亿美元。
到2011年, 全球数字电源管理器* (DPM) 和数字控制电源* (DCP) 的销售额将上升到9.04亿美元, 几乎是2007年销售额1.53亿美元的6倍。DPM仍将在数字电源半导体销售额中占最大份额, 2011年销售额将达6.13亿美元, 而预计2008年销售额是1.74亿美元, 2008～2011年的复合年增长率是52.2%。但是, DCP销售额的增长将会比较快, 2011年销售额将从2008年的6000万美元上升到2.91亿美元, 复合年增长率是69.3%。
DPM目前主宰市场, 2007年约占全球销售额的77.8%。这是因为DPM半导体目前对于多数DC/DC应用来说是有效的中间解决方案。DPM供应商正在努力定义总线和为其产品开发更加用户友好的设计界面, 这使得DPM能够控制数字电源市场。iSuppli公司认为, DPM未来三年将在笔记本电脑等低端设备领域取得更大的成功。同时, DCP将占据服务器等比较高端的设备市场。 (*iSuppli公司对DPM的定义是“利用数字信息来管理电源系统总体功能及系统内部电源的器件”。有了DPM, 数字信号就可以用于与电源之间的通讯, 以监控和管理加电、时序控制、负载共享和平衡、故障状态、热插拔、维护问题与其它功能。DCP使用数字技术控制电源内部的电源开关功能。如果使用理论性最强的语言来解释, 这意味着尽可能早地执行模拟-数字转换, 以便电源中的全部反馈与控制功能都在数字域内进行处理。)
数字芯片 篇4
关键词：中国数字电视地面传输标准,地面数字电视广播,专用集成电路
1 引言
中国数字电视地面传输标准(GB20600-2006;以下简称“DTMB”或“国标”)[1]于2006年颁布。该标准以时域正交频分复用(TDS-OFDM)调制技术为核心,能够同时支持高清晰度电视、清晰度电视和多媒体数据广播等多种业务,满足大范围固定覆盖和移动接收需要,实现了我国自有知识产权的地面数字电视广播系统[2,3]。
标准正式公布后,部分电视台进行了试播,积极开展业务和运营模式的探索,并取得较好的效果。香港于2007年12月31日正式进行了DTMB的商业广播,覆盖速度非常快,在香港电信管理局的统一部署和TVB与ATV两家电视台的积极配合下,已经完成了约80%的人口覆盖。2008年北京奥运会是自中央电视台于2008年1月1日正式试播数字电视节目后,我国数字电视广播产业发展的又一个里程碑。在国家广电总局的安排下,涉及奥运会比赛的7个相关城市都开始了地面数字电视广播的正式播出。目前,国内近30家电视台正在参照这些成功经验积极开展地面数字电视广播的覆盖测试和实验性业务。
为降低国标地面数字电视广播系统的实现成本及系统功耗,清华大学数字电视技术研发中心将基于FPGA的符合国标全模式发射机成功转化为符合国标全模式的国标地面数字电视广播系统芯片。
2 国标地面数字电视广播系统
国标地面数字电视广播主要调制步骤[1]为:1)输入TS码流经随机化、前向纠错(FEC)编码,通过星座映射形成3 780点的星座;2)采用IDFT将该3 780点星座变换成长度为3 780的离散样值帧体(单载波模式除外);3)在OFDM的保护间隔插入前述PN序列作为帧头;4)将帧头和帧体组合成信号帧;5)采用具有线性相位延迟特性的FIR低通滤波器对信号进行基带成型滤波;6)将基带信号进行正交上变频调制到RF载波上。
其系统框图见图1。FEC编码为BCH码(外码)和LDPC码(内码)的级联。各模块对应的工作模式见表1。
国标系统中,规定的各种模式的排列组合共计330种。
3 国标地面数字电视广播系统芯片
国标地面数字电视广播系统芯片采用0.13μm工艺,以基于FPGA的国标系统信道编码调制器为基础,于2008年11月成功流片。该芯片是目前国内外首颗符合我国强制性国家标准GB20600-2006和我国广电行业标准GY/T 229.1-2008的地面数字电视发端信道编码调制专用芯片,其技术特点如下:
1)支持国标规定的全部330种模式。其工作频谱如图2所示。
2)支持中国广电行业标准规定的地面数字电视广播单频网协议(GY/T229.1-2008)[4],以实现大范围的联合覆盖。可通过对秒帧初始化包(SIP)的解析来完成对调制方式、延时等参数的调整。地面数字电视单频网TS码流中插入的SIP与MPEG-2TS包格式相同,由4 byte的包头和184 byte的数据字段组成[4]。
延时参数调整过程为:地面数字电视广播单频网适配器每1 s向输入的TS码流中插入1个SIP,插入时刻与全球定位系统(GPS)的1PPS(Pulse Per Second)对齐,图3为SIP插入的示意图。
在地面数字电视单频网广播种的各发射机通过检测所接收到TS流中的SIP来获得最大延迟时间Tdelay-max和分配网传输延迟时间Tdelay-transmitted,激励器附加延迟时间Tdelay-added可由下式计算得出
式中:Tdelay-max为最大延迟时间,指各发射机TS码流相对于GPS的1PPS统一发射的时间;Tdelay-transmitted为分配网传输延迟时间,是指TS码流由单频网适配器发出后经过分配网络传输的时间;Tdelay-added为激励器附加延迟时间,是指为满足各发射机在同一时刻发出,各激励器所需要单独处理的延迟时间。
SIP处理的示意图见图4。
3)支持6 MHz,7 MHz和8 MHz这3种带宽,同时支持基带信号输出和中频信号输出。
芯片测试结果表明,该芯片在满足所有设计功能的同时,也具有较低的功耗(实际功耗仅为200 mW左右)和理想的实现面积(5 mm×5 mm),达到预期设计要求。
4 小结
国标地面数字电视广播系统能为用户提供丰富的地面数字多媒体业务,包括音频、视频、数据广播和交互多媒体等。国标地面数字电视广播芯片具有功能完善、接口丰富、体积功耗性能优越等特点,已成功应用于数字电视信号发生器和数字电视激励器中。
罗德与施瓦茨(R&S)和东芝(TOSHIBA)等国际厂商十分重视中国地面数字电视发射机市场,经济发达地区的主发射站中,国外品牌占据了较大份额;经济欠发达地区或需要使用辅助发射站时,国产设备因其较高的性价比和良好的服务而占据主要市场份额。
数字电视激励器作为数字电视发射机中技术含量较高的单元,其利润也相对较高。数字电视发射机企业可通过购买激励器后,配套自有技术的功率放大单元形成发射机整机进行销售。
国标自公布以来,数字电视产业围绕其研发、产业化和推广应用都取得了很大进步,我国的数字电视产业链正在不断发展和完善。
参考文献
[1]GB 20600-2006,数字电视地面广播系统帧结构、信道编码和调制[S].北京:中国标准出版社,2006.
[2]潘长勇,王军,宋健,等.中国地面数字电视广播传输标准概要[J].电视技术,2006(10):45-47.
[3]王丹,王军,潘长勇.中国地面数字电视标准概要、应用及产业化[J].电视技术,2007,31(7):10-13.
数字芯片 篇5
在卫星、地面和有线数字电视广播传输的三种制式中, 地面广播信道面临的干扰最多, 也最严重。从技术上讲, 地面无线信道是一个宽带、高速、高容量 (多级码元) 、大范围 (几十公里) 的信道。在地面广播传输环境下, 除常规的干扰, 如高斯白噪声 (电视屏产生雪花) 、脉冲 (家电/汽车冲放电产生) 干扰等, 还会受到多径干扰、电视干扰的影响:
(1) 多径干扰
如图1所示, 射频 (RF) 信号会因山川、建筑物、移动物体的影响产生反射, 这样经不同路径到达接收机的信号相位相互影响, 从而导致瑞利衰落 (快衰落) , 同时也会引起信号频谱的深度衰落 (频率选择性衰落) 。多径干扰对模拟电视影响的结果是使电视屏产生重影。多径传输干扰严重时, 单靠增加发射机功率提高接收时的信噪比并不能降低误码率。
(2) 由于同播的要求受到常规电视干扰影响
同播时相邻服务区的同一频道的普通电视节目将有可能进入HDTV接收机, 产生强同频干扰。而且在数字地面广播传输UHF/VHF频段, 还有诸如单载波干扰、邻频干扰等对传输信号迭加影响。信道均衡时我们除了要考虑多径的影响之外, 还必须考虑到如何对抗频带内的单频干扰和同频PAL模拟电视干扰。
在技术发展的过程中, 全球范围内已经形成了四大地面数字电视传输标准:美国的ATSC, 欧洲的DVB-T/T2, 日本的ISDB-T以及中国的DTMB。其中, 美国ATSC基于8VSB单载波技术, DVB-T和ISDB-T都是基于多载波OFDM技术。而DTMB标准由于晚于ATSC和DVB-T, 有效地借鉴了其二者的技术优点, 在标准中形成了单多融合的新技术。
2006年8月30日, 国家标准化管理委员会正式公布具有自主知识产权的中国数字电视地面广播标准——GB20600-2006《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》成为强制性国家标准。国标的公布也标志着中国的广播电视数字化进入了一个崭新的时代。自此先后有近20多家芯片设计公司投入其中, 开发了数十款芯片。但是几年时间, 有些公司倒闭, 有些公司退出DTMB领域转投其他市场, 最后只剩几家公司还在坚持。导致该情况产生的根本原因有两点:
(1) 芯片生产验证周期长, 但地面接收复杂性导致需要快速的产品迭代。
(2) 芯片资金投入大, 市场发展却缓慢。
地面数字电视地域性特征显著。某些地方多山多水, 某些地方一马平川, 某些地方高楼林立, 不同的地方由于其地形及建筑环境都会导致形成不同的信道环境, 可以说是千变万化。技术的发展不可能一触而就, 需要生产产品, 投入实际应用, 发现问题, 修改产品, 再投入实际应用, 再发现问题。如此往复, 才可能达到真正的产品完善。而当前国内大部分芯片设计公司都是基于硬件电路设计芯片, 一旦发现问题就意味着需要重新设计和生产新的芯片。而芯片的生产需要投入资金巨大, 且生产周期长。一旦市场容量不够大就意味着巨大亏损。因此很多公司倒闭或被迫转换方向, 即使有些公司能够坚持也耗费了大量资金, 被拖入无法长期发展的怪圈。
在不断的研究和发展中, 有一种适合地面数字电视的发展之路——FCDP (Forward compatible demodulator platform) , 即前瞻性解调平台。见图2。
这是一种基于软件算法的新技术, 传统的芯片设计, 所有算法都是硬件电路设计, 而FCDP将其核心算法软件化, 这就意味着不同区域的复杂信道特点, 可以通过软件升级的方法来进行修改。同时这种软件修改并非寄存器的简单修改而是可以从整个架构的优化, 从而根本上解决问题。当在不同地点发现不同的信道特征后, 传统的硬件架构由于其限制, 有些通过修改寄存器可以优化, 但会导致不同区域只能使用不同的驱动, 有些必须等到下一代芯片才能优化。对于运营商而言, 就意味着必须投入更多的资金为客户更换接收机。而FCDP在发现问题后可以将所有问题点的共性进行提取, 从整体上进行优化, 然后新的固件通过软件升级方法更新到接收机。没有任何硬件改动就意味着没有多余成本的投入。同时, 对于芯片公司而言, 由于减少了重新设计生产新的芯片的需求, 大大降低了成本。即使在市场容量不够大的情况下依然能够不断技术演进, 持续积累和进步, 通过更少的产品周期达到产品成熟的目的。
FCDP的优势还在于它的可扩展性。地面解调存在多种标准, 其中DVB-T/T2和ISDB-T以及DTMB的多载波都是用了OFDM, 而ATSC和DTMB标准中都是用了单载波;对于FEC而言, 早起标准DVB/T、ISDB-T等标准采用了RS码和卷积码的组合, 新制定的标准DTMB, DVB-T2则采用了LDPC码和BCH码的组合。而且, 如信道估计与均衡、信号同步等很多模块都是类似设计。这就意味着这些标准之间存在着融合的可能, 可以更为有效的集成多个不同的数字电视传输标准。同时, 随着全球经济一体化发展, 产品一体化发展趋势也越发明显。同一款产品可能会被销往全球不同区域, 这就要求产品应具有很强的兼容性。单芯片具备各种不同模式的兼容变成一种趋势。对此, FCDP独特的架构使得这一方案变得容易实现, 如图3所示。
其核心点在于, 增加一种标准不是简简单单的1+1=2。由于每一个标准背后对应的是复杂的信号环境, 只有灵活可升级的架构将会在技术演进和成本控制上直接找到最好的平衡。另一方面, 在基于DVB-T/T2、ISDB-T等标准开发的产品进行演进的过程中, 也可以学习到很多FCDP的技术经验。这可以借鉴到DTMB产品上, 通过不同标准之间的互通互补, 加速中国地面数字电视接收产品的发展。
另外, 随着技术的不断发展, 在整个数字电视行业内SoC融合解调芯片正在成为一种趋势。在国内AVS+DTMB双国标的解调解码一体单芯片, 也逐渐成为一种发展方向。而FCDP架构正好为与SoC的融合提供了便利, 由于其通用性强、扩展性强和兼容性强的特点, 可以帮助解调解码一体芯片快速成熟和走向市场。
随着技术的不断进步, 这种灵活架构将会越来越多被应用到各种芯片设计中。这种模式由于其与市场紧密结合的灵活特点, 尤其在不断演进的技术发展中优势明显, 有可能会变成未来芯片设计的一个趋势。
中国有数千万家庭在未来的数字电视平移中将成为DTMB的潜在用户, 电视机强制预装DTMB政策也将开辟另一个巨大的市场。希望通过持续的努力, 中国的芯片设计企业能够继续领跑DTMB信道解调芯片这一领域, 为中国地面数字电视发展和推广提供有效的技术保障。
摘要：本文分析了地面数字电视传输信道的干扰情况, 从接收芯片的角度, 描述了一种新的发展方向——FCDP。
数字芯片 篇6
1 数字微流控芯片相关研究
数字微流控芯片的测试研究主要集中于故障分类和故障建模, 并针对相应故障进行测试诊断。数字微流控芯片的故障分为突变性故障和参数性故障[2]。突变性故障会使液滴不能移动而造成系统无法工作, 如绝缘体击穿, 相邻电极短路, 电极板断路等故障。参数性故障主要造成系统运行时出现较大的偏差, 如尺寸参数误差, 液滴包容介质的黏性变化等。针对这些故障, 文献[2]指出可通过将液滴在芯片的阵列单元上移动实现故障检测。
文献[3~4]先后分别提出基于整数线性规划法和基于汉密尔顿图的测试方法, 然而以上两种方法都无法检测出电极短路故障。因此为达到测试该类故障的目的, 文献[5]提出了基于欧拉回路的测试方法。该方法虽然能够侦测到电极短路故障, 但是由于采用单个液滴进行测试, 应用花费时间较长。文献[6]提出了一种并行扫描式的测试方法, 即采用多个测试液滴对芯片阵列进行并行扫描, 虽能有效地减少测试时间, 但该方法更适合用于离线测试。文献[7]提出了一种并行在线测试方法, 将芯片阵列等分为多个子阵列, 在不干扰生化实验的限制下, 利用实验的空隙时间, 对空闲子阵列进行合并和调度, 实现芯片阵列的并行测试, 有效缩短在线测试应用时间。
上文提到的测试方案都是针对芯片的所有阵列单元进行液滴遍历, 然而这种测试需要花费更长的测试时间和更多的储液池、废液池等硬件消耗。且随着芯片阵列规模的增加, 全芯片测试花费的时间也呈指数增长。然而实际的生化实验中, 实验液滴仅会在综合后的路径上传输。因此在线测试也仅需对实验所需的阵列单元群进行测试, 防止实验液滴由于故障而在运输路径上停止, 而无需花费多余的时间测试未使用的阵列单元。对此, 本文提出一种针对实验路径测试的方案, 该方案采用并行液滴测试, 能够大量减少芯片的测试应用时间, 且适用于在线测试。由于芯片的实验路径具有灵活性高, 路径与路径之间纵横交错等特点, 较类似于网络节点, 而蚁群算法作为群体智能的一个典型, 具有正反馈、易于作分布式计算、以及建设性的“贪婪”启发式应用特性[8], 能较好地解决此类问题, 因此本文采用蚁群算法优化测试液滴的调度。
2 测试方案
由上文的研究可知, 数字微流控芯片的测试是利用微控制器对电极施加时序电压从而控制和追踪测试液滴的运动来检测故障。测试液滴从储液池出发, 遵循测试规则, 通过遍历阵列单元最终到达测试终点。在终点端增加电容检测电路, 以电容电压变化判断测试液滴到达, 即完成故障测试。如若存在故障单元, 则测试液滴停止在故障单元位置, 而无法到达检测电路, 从而表明存在故障, 反之检测到液滴到达表明芯片测试正常, 具体流程如图1所示。
所以数字微流控生物芯片的测试是对芯片阵列单元的遍历, 以检测电极与液滴之间的控制是否存在故障, 因此该种遍历问题可转换为网络问题, 即将阵列单元结构抽象为图论中的图模型。
2.1 测试模型
将芯片经过综合后的实验模块和路径映射为二维带权图G (V, E) , 其中V表示实验中的液滴储液池、废液池、融合区等实验模块;E表示各模块之间的路径, 若两模块之间有路径相连, 则相应的节点连通, 路径上的权值表示两模块之间所经过的阵列单元数, 如图2所示。
由于图G (V, E) 为非完全连通图, 所以将图G中任意两点间的最短长度作为两点间边的权值, 并以此构造出一个完全连通图G'。采用Floyd算法求此最短路径。具体步骤如下: (1) 从任意一条单边路径开始。所有两点之间的距离是边的权, 如果两点之间没有边相连, 则权为无穷大。 (2) 对于每一对顶点U和V, 是否存在一个顶点W使得从U到W再到V的路径长度比已知的更短, 如果存在则更新。将得到的无向完全图G'作为问题模型, 利用蚁群算法寻找多条优化测试路径。
2.2 蚁群算法搜索测试路径
针对大规模的数字微流控生物芯片, 单液滴测试会耗费较长的应用时间, 因此需采用多液滴并行测试提高效率。经过上文所述的模型映射后, 芯片的测试问题可以转换为MTSP问题, 即m个测试液滴从起点出发, 根据分配的多组测试路径, 分头去访问n-2个节点, 最终到达终点。而蚁群算法中, 每只蚂蚁均可构造问题的一个解, 因此将采用m组蚂蚁共同搜索并行测试路径, 每组蚂蚁有k只[9]。
2.2.1 并行策略
对于第i (i=1, 2, …, m) 组的蚂蚁j (j=1, 2, …, k) , 从储液池出发, 访问mij个节点后到达废液池, 其中mij是蚂蚁j出发之前按一定规则随即生成的整数, 表示其能经过的节点数。因此mij需满足
该式表示蚂蚁所经过的节点数必须超过2个, 且一组蚂蚁所经过的节点需覆盖除储液池和废液池外的全部阵列单元。同时, 为第i (i=1, 2, …, m) 组的每一只蚂蚁j (j=1, 2, …, k) 分配路径表eji, 记录蚂蚁j当前已遍历的节点。当eji中的元素个数等于mji时, 蚂蚁停止搜索并直接到达废液池。当所有的路径{e1i, e2i, …, eki}, (i=1, 2, …, m) 完成后, 即可构成了相应的测试路径。每次迭代中m组蚂蚁可生成m组解。
2.2.2 概率选择策略
选择策略采用伪随机比例规则既可利用关于问题的先验知识, 即关于节点之间距离长度的启发信息以及以信息素形式存储已经获得的信息, 又可进行有倾向性的探索, 使蚂蚁寻找出更多可能的路径, 保证解的多样性, 提高全局搜索的能力。因此定义如下:
时刻t时每只蚂蚁在单元i选择下一个即将遍历的单元j时按照伪随机比例规则选择
其中, α和β分别决定了信息素和启发式信息的相对影响力;allowedk表示位于节点i的蚂蚁下一步可以选择的节点的集合;ηij (t) 为启发函数, ;q是均匀分布在区间[0, 1]的一个随机变量, 参数q0决定算法对新路径的探索度 (0≤q0≤1) ;J为根据式 (3) 的概率所选择的阵列单元。
2.2.3 信息素更新策略
信息素更新分为局部更新和全局更新。蚂蚁每从点i移动到j, 就会减少 (i, j) 上一定量的信息素, 以增加蚂蚁探索其他路径的可能性, 这一过程称为信息素局部更新
其中, ξ和τ0是两个参数;ξ表示信息素挥发因子, 满足0<ξ<1;τ0是信息素的初始值, 当为时, 算法具有较好的性能;n为所需遍历的阵列单元中的所有节点数;Cnn表示由最近邻方法得到的路径长度。局部更新规则可有效地避免蚂蚁收敛到同一条路径。
信息素的挥发和信息素的释放只在至今最优解路径上进行。当所有的蚂蚁都构建出一条完整路径后, 只更新至今最优蚂蚁所走路径的信息素, 该过程叫信息素全局更新
其中, Tbs为全局最优的路径;Lbs为全局最优路径的长度。
算法流程图如图3所示。
3 实验与分析
以文献[10]中的生化实验模型为例, 进行该测试方法的图解说明和有效性验证。已知一个二维平面数字微流控生物芯片, 如图4所示。该模型中4个液滴a, b, c, d分别需要移动到相应的目标点。测试目标即为利用k组测试液滴从起点开始实施并行测试, 使得测试液滴能够覆盖所有行进路径, 最终到达终点。
该模型的路径可转换为网络节点图, 其中权值为节点与节点之间所经过的电极单元数。
获得模型的网络节点图后, 利用Floyd算法求各节点之间最短路径, 转换为完全连通图, 表1为该图的邻接矩阵。
假设Dc为起始点, Sa为终点, 利用蚁群算法寻找多条并行测试路径, 以实现液滴并行测试。实验各参数为m=40, q0=0.9, α=1, β=2, ξ=0.1, ρ=0.1, NC=1 000。当k取2, 3, 4时获得结果如表2所示, 其中路径长度为液滴所经过的电极单元总数。
当k=3时, 即3条并行测试路径, 其中, 蚁群算法分配到每组的节点后, 将各组节点之间的路径分配到未使用的路径上, 如若存在未分配到的路径, 则测试液滴再由起始点出发, 遍历该路径后回到终点。另外由于数字微流控芯片中两液滴不能处于直接邻近或对角邻近的阵列单元, 否则会导致液滴融合, 所以需保证液滴之间有一定的间隔距离。因此各组测试液滴之间存在优先级, 权值最大, 即路径长度最长的液滴拥有最高优先级, 该液滴具有优先遍历电极单元的级别, 其他低等级的液滴若相遇则进入等待状态, 依次类推。最终测试路径如图5所示, 花费时间分别为26、30、36个单位时间。单位时间是液滴移动到相邻阵列单元所花费的时间。
4 实验结果
实验结果表明, 基于蚁群算法的并行测试方法能够灵活、有效地减少针对实验路径测试所花费的时间。本方法还可以利用测试液滴分裂的特性进行测试优化, 以减少重复路径的遍历。例如图5中可对交叉点e, f, g, h进行液滴优化, 使2倍体积的测试液滴在该处分裂为两个1倍体积的液滴并行测试以减少行走重复路径所花费的时间。本文对该芯片以全阵列测试和实验路径测试两种测试形式进行实验结果比较。选取Dc端为出发点, Da端为终点。实验结果如表3所示, 本文提出针对实验路径的测试策略运用在实际实验中, 能够大量减少测试时间, 加快实验的工作流程、节约液滴容量、降低实验消耗。
5 结束语
本文主要进行了基于蚁群算法的数字微流控芯片的并行测试研究。目前其他的研究文献都是对数字微流控芯片全阵列进行测试, 花费时间长, 算法负杂度高。本文提出的方法有针对性的对实际实验中已经经过综合后的实验路径进行测试, 采用蚁群算法, 利用其分布式计算的特性, 寻找多液滴测试路径, 完成对路径的测试, 测试花费时间大幅减少, 对于大规模的数字微流控芯片, 测试效果更加明显。
摘要：可靠性是数字微流控生物芯片的一项重要指标, 尤其是在安全性要求较高的应用领域。因此, 芯片需要在生产制造后或生化实验前进行充分测试, 以排除故障, 确保实验结果准确。文中针对芯片的结构故障, 提出了一种基于蚁群算法的并行测试方案, 实现对较大规模的数字微流控芯片进行多液滴并行测试。该方案首先将芯片模型转化为MTSP模型, 并利用蚁群算法分布式计算特性搜索多组优化的测试路径, 完成对数字微流控芯片实验路径的测试。实验结果表明, 该方案可用于在线测试, 并能有效地减少大规模芯片的测试时间, 且提高了工作效率。
关键词：蚁群算法,数字微流控芯片,并行测试
参考文献
[1]ZHAO Y, CHKRABARTY K.On-line testing of lab-onchip using reconfigurable digital-microfluidic compactors[J].International Journal of Parallel Porgramming, 2009, 37 (4) :370-388.
[2]SU F, OZEV S, CHAKRABARTY K.Testing of dropletbased microelectrofluidics systems[C].Charlotte:Proceeding IEEE International Test Conference, 2003:1192-1200.
[3]SU F, OZEV S, CHAKRABARTY K.Concurrent testing of droplet-based microfluidic systems for multiplexed biomedical assays[C].Charlotte:Proceeding IEEE International Test Conference, 2004:883-892.
[4]SU F, OZEV S, CHAKRABARTY K.Test planning and test resource optimization for droplet-based microfluidic systems[J].Journal of Electronic Testing:Theory and Applications, 2006, 22 (2) :199-210.
[5]SU F, HWANG W, MUKHERJEE A, et al.Testing and diagnosis of realistic defects in digital microfluidic biochips[J].Journal of Electronic Testing:Theory and Applications, 2007, 23 (2-3) :219-233.
[6]XU T.CHAKRABARTY K.Paralled scan-like testing and fault diagnosis techniques for digital microfluidic biochips[J].IEEE Transactions Biomed Circuits System, 2007, 1 (2) :148-158.
[7]张玲, 邝继顺, 林静, 等.数字微流控生物芯片的并行在线测试[J].上海交通大学学报, 2013, 47 (1) :98-102, 107.
[8]李智, 许川佩, 莫玮, 等.基于蚂蚁算法和遗传算法的同步时序电路初始化[J].电子学报, 2003, 31 (8) :1276-1280.
[9]黄席樾, 胡小兵.蚁群算法在K-TSP问题中的应用[J].计算机仿真, 2004, 21 (12) :162-164.
数字芯片 篇7
2D转3D技术是在现有3D资源比较少的情况下出现的一种技术，它能够将日常观看的普通2D电视节目，通过运算产生出3D的显示效果。2D转3D技术是在原有2D图像的基础上，经过对图像内容进行运算，生成新的视差图像，然后将视差图像与原图像交错混合输出来产生3D图像的技术，通过佩戴合适的3D眼镜，让使用者左眼看到原图像，右眼看到新产生的视差图像，便可以达到2D图像显示出3D效果的目的[1]。
1 双眼立体视觉原理
人的双眼相距约6.5cm，人在用双眼观看物体的时候，左、右眼会分别观看到两幅略微不同的图像，左、右眼视网膜上所成的像也有不同，经大脑皮层的综合反应便会产生出立体的感觉，这就是视差创造立体[2]。因此，采集、制作左、右眼图像并分别输入给左、右眼，就可以让人看到立体画面。如果左眼观看屏幕右边的画面，右眼观看左边的画面，视差为负值.此时人的大脑所形成的画面便会在屏幕的前方，画面有凸出感，如果左眼观看屏幕左边的画面，右眼观看右边的画面，视差为正值，此时人的大脑所形成的画面则会在屏幕的后方，画面有凹进感，如果人的双眼所观看的画面视差为零，左、右眼同时观看画面中的同一物体，则物体在人脑中的合成图像依然在屏幕中的原位置，既没有凸出屏幕也没有凹进屏幕[3]。
2 3D显示技术
目前的立体显示技术普遍依据于双眼立体视觉的特点，首先在视频源端发送两路具有一定视差的视频源，然后进行编码、传输、接收、解码获得该两路视频流，最后通过3D显示技术进行立体视频显示。目前的3D电视的显示技术大致可以分为两大类：眼镜式3D与裸眼式3D显示技术。常见的眼镜式3D显示技术有：快门式眼镜、偏光式眼镜、色差式眼镜[4]。采用快门式眼镜，快门式眼镜，即“主动开闭式立体眼镜”。电视机将左、右眼图像交替显示在屏幕上，通过电视机发射的专用同步信号控制快门眼镜左右液晶镜片的开关，使得屏幕上显示左(右)眼图像时，左(右)眼液晶镜片打开，同时右(左)眼液晶镜片关闭，这样保证了左、右眼图像能独立地进入左右眼中，经人脑处理形成3D效果[5]。
3 2D转3D技术在数字电视SOC芯片上的应用
3.1 模块设计
该模块设计基于海信自主研发的一款应用于网络多媒体平板电视及3D电视的高集成度高画质数字电视SOC芯片。如图1所示是OSD(屏显)参与2D/3D模块设计图。2D视频数据流首先进入VPN(视频处理)模块，出来的2D视频数据流进入OB单元，OB即OUTPUT BLOCK(决定2D、3D视频数据流的输入输出，对2D、3D视频数据流进行选择作用)此时输出2D视频数据流，输出的2D视频数据流与OSD进入MUX模块，两路数据流合成一路数据流进入OB再进行选择，输出2D视频数据流，进入2D/3D单元，在此进行2D转3D后输出3DL/R，即左眼图像和右眼图像，经过C3D模块对3DL/R数据进行格式转换，转换成显示屏所支持的3D格式。格式转换后输出3D数据再进入VPN模块，然后传输给POST单元，POST负责对画质进行处理，比如调节屏幕的亮度、色度、白平衡等。最后由POST单元以LVDS(低压差分信号技术)信号格式输出给TCON(时序控制器)。
3.2 关键功能的软件实现
3.2.1 3D视点调整
在3D技术中，视点是视差图像与原图像之间形成的楔形的倾斜角度，视点能够调节形成的3D图像的内凹和外凸的程度，也就是图像看起来是入屏还是出屏的效果[6]。通常大多数3D电视会为用户提供“3D视点等级调整”功能，用户可以调整他们喜欢的3D效果和位置。例如，2D/3D模块根据不同的视点参数定义了20个等级，等级1意味着3D效果和物体的位置在屏幕的最里面，等级20意味着3D效果和物体的位置在屏幕的最外面，等级10则意味着出、入屏幕各占50%。先声明函数BOOL_T my3DTV_Set2D3DConvergenceLevel(UINT8_T level)，调用API:void HX_RV3D_LIB_T2T_EFFECT_SetConvergence(UINT8_T Focus)，声明参数Focus的20个等级的映射表，参数Focus就代表图像向外显示的比率，例如设置Focus=20，就意味着对象向外显示20%，向内显示80%,UINT8_TFocus_table[20]={0,10,15,20,25,30,35,40,45,50,55,60,65,70,75,80,85,90,95,100}，如图2所示。
3.2.2 3D立体效果调整
景深是视差图像与原图像水平方向的向量差，向量差越大，立体效果越明显。3D电视也通常提供“3D立体效果调整”来控制3D立体强度。用户可以设置较强的3D立体效果使3D的视频、图像立体效果更强，如果用户感到不舒服，可以设置较小的值使3D立体效果减弱。例如，设立了20个2D/3D效果强度的等级值，等级值越小，3D效果强度越弱;等级值越大，3D效果强度越强。首先建立一个混合大小规模调整立体指数的索引表，UINT8_TStereIndex_table[20][2]={{5,1},{10,1},{15,2},{20,2},{25,3},{30,3},{35,4},{40,4},{45,5},{50,5},{55,6},{60,6},{65,7},{70,7},{75,8},{80,8},{85,9},{90,9},{95,10},{100,10}}。3D立体效果调整主要调用两个函数，函数HX_RV3D_LIB_T2T_EF-FECT_SetLargeScaleStereoIndex()可以决定左眼视图和右眼视图直接所差的像素数量，也叫做“立体指数”，这个函数进行大范围的调整，可以看到2D/3D图像明显地发生变化，可以调整的范围是0-100;函数HX_RV3D_LIB_T2T_EFFECT_SetS-mallScaleStereoIndex()可以微调显示对象的立体效果，从而提高2D/3D的转换质量，显示更为生动的3D图像，函数参数的调整范围设置为1-10。效果展示如图3，图4所示。
3.2.3 固定场景模式与自动场景模式识别
3D固定场景模式功能为用户提供了固定场景模式选择，用户可以根据场景不同选择不同场景模式以达到最佳的3D效果。比如外景图片，可以选择户外模式，户外模式可以把图片中远景天空与地面近景人物的远近对比加强，显示出更强烈的3D效果。固定模式选择在软件上可直接调用API接口HX_RV3D_LIB_T2T_EFFCT_SetSceneMode()来实现。
自动场景模式是2D/3D模块中一个重要功能，自动场景模式不局限在手动选择，它可以根据每帧图像内容和特点进行自动检测和配置，这样使不同的图像应用于合适的3D场景模式，如图5，图6所示。自动场景模式有两种合适的方法，模式1用于垂直方向配置，模式2用于垂直和水平方向的配置。这两种模式对应的函数分别是HX_RV3D_LIB_T2T_AUTOSCENE_Init(),HX_RV3D_LIB_T2T_AUTOSCENE_ProcAutoDetectScene Mode()。如果系统不调用HX_RV3D_LIB_T2T_AUTOSCENE_Init()初始化功能，则系统默认为固定场景模式。若想改变固定场景模式，可直接调用HX_RV3D_LIB_T2T_EFFECT_SetScene Mode(),2D/3D模块将自动地由自动模式转为固定模式。为了确保每帧图像的场景模式的准确度，自动场景模式在基于Linux内核基础上，采用场中断方式实现的。相关代码如下：
4 结语
介绍了2D转3D技术在高清数字电视SOC芯片上的应用模块设计实现，主要包括3D视点调整、3D立体效果调整、固定场景模式、自动场景模式等，并进行了调试、验证。结果表明，2D转3D模块的设计均符合设计要求，3D画面质量主观效果很好。
参考文献
[1]邹小东.2D视频转3D视频算法的研究与软件实现[D].成都电子科技大学,2012.
[2]王晓娟.2D转3D中的深度信息生成技术研究[D].安徽工业大学,2012.
[3]赵兴朋.视频图像2D转3D算法研究及硬件实现[D].中国海洋大学,2012.
[4]刘妍秀.3D显示技术的原理及应用[J].长春大学计算机科学,2011.
[5]K.Zhao,G.Simnny.New algorithms from reconstruction of a3-d depth map from one or more images.In Proc IEEE CVPR,2010.
数字芯片 篇8
在现代雷达系统中,带有DSP(数字信号处理器)芯片的数字电路板应用很广。DSP芯片基本支持IEEE 1149.1标准,并且在电路板中形成了边界扫描链,支持边界扫描测试。
在DSP电路板中有这样一类集成电路,它们属于非边界扫描器件,位于电路板边缘连接器和由DSP芯片形成的边界扫描链之间。这部分器件的功能测试难以进行。首先,这些带DSP的电路板有独立的时序,所以不能单独采用传统的通过外部接口输入测试矢量的方法进行测试[1];其次,边界扫描测试只能对与DSP芯片相连的引脚进行互连测试,可检测短路故障,但是难以进行功能测试。
本文采用边界扫描测试技术与传统的测试方法相结合,为这类器件的功能测试提供了一种新的选择。
1 测试方法
在IEEE 1149.1标准中,规定了4条强制性指令[2,3]:旁路指令(BYPASS)、采样指令(SAMPLE)、预装指令(PRELOAD)、互连测试指令(EXTEST)。根据采样指令和互连测试指令的工作原理,利用边界扫描单元能够捕获和驱动引脚信号。利用边界扫描器件的这一特点,可以实现用DSP芯片对图1所示的电路板中非边界扫描器件进行信号采集和激励向量发送,从而利用边界扫描测试技术与传统的测试方法相结合实现对这类器件进行测试。
这种测试方法可分两种情况:
a) 如图2中实线所示,非边界扫描器件的输入端与边缘连接器相连,输出端与DSP芯片相连。使用故障诊断软件,通过数字I/O模块产生稳定的激励向量,激励向量通过边缘连接器送入非边界扫描器件,所产生的响应向量由与其相连的边界扫描器件(DSP芯片)获取,并通过边界扫描通道把获取的响应向量串行输出并显示。根据被测器件的工作特性可以分析出理论上的预期响应向量,将所获取的响应向量与预期响应向量进行比较,如果比较结果不一致,说明器件可能存在功能性故障。
b) 如图2中虚线所示,非边界扫描器件的输入端与DSP芯片相连,输出端与边缘连接器相连。使用边界扫描测试软件,将测试激励向量串行移入相关引脚(与非边界扫描器件相连的引脚)的边界扫描单元中,并驱动到引脚,把测试激励送入被测器件,所产生的响
应向量通过边缘连接器由数字I/O模块获取,由故障诊断软件读取观察分析。根据被测器件的工作特性可以分析出理论上的预期响应向量,将所获取的响应向量与预期响应向量进行比较,如果比较结果不一致,说明器件可能存在功能性故障。
2 测试系统的组成
测试系统的硬件组成如图3所示。VXI系统采用VXI-1394外部控制方式;零槽模块负责把IEEE 1394 串行通信协议转换为VXI协议;数字I/O模块型号是DIOM-64,每个模块有64路I/O通道,3个数字I/O模块共提供192个测试通道,主要用于向被测电路板提供激励信号和采集电路板的输出信号[4];适配器用于测试设备与被测板之间的信号匹配以及向被测板提供电源;JTAG接口控制器实现计算机算法产生的信号与标准JTAG信号之间的传输和转换。
软件组成包括边界扫描测试软件ScanWorks系统、故障诊断软件TestVee、响应向量采集程序和测试激励输出程序。ScanWorks用于建立和执行边界扫描测试,主要功能包括扫描链路测试、互连测试、存储器测试等;TestVee用于控制数字I/O模块的工作状态;响应向量采集程序和测试激励输出程序根据被测电路实际情况开发。
3 测试验证
3.1 电路板电路分析
被测板的边界扫描链由6片ADSP-21060组成,JTAG接口满足边界扫描测试条件,但引脚信号定义与ScanWorks系统的JTAG接口适配器定义不同,必须在测试前进行重新配置连接。被测器件SN54LS245(D33)在被测板中的连接情况如图4所示。D33的控制引脚19(OE)被其他非边界扫描器件控制,在这里做接地处理;控制引脚1(DIR)连接在D36A(54LS244)的14脚上,D36A控制引脚连接在边缘连接器上,所以能够利用数字I/O模块通过控制其工作状态,来实现对D33的工作状态的控制。
3.2 响应向量采集程序和测试激励输出程序的开发
采用ScanWorks系统提供的Macro语言编程。Macro语言由一个编译器和一个解析器组成,编译器获取源代码和生成可执行程序并输出,解析器获取可执行程序并执行。以DSP芯片的BSDL(边界扫描描述语言)文件为基础,响应向量采集程序对引脚上输入(INPUT)型扫描单元编程,利用SAMPLE指令实现数据采集;测试激励输出程序对引脚上输出(OUTPUT)型扫描单元编程,利用EXTEST指令实现激励输出。SN54LS245的数据通信方向可控,可同时进行两种连接情况的测试,所以对DAT0-DAT7分别进行响应向量采集编程和测试激励发送编程。需注意,6片DSP共用数据总线,必须对6片DSP的DAT0-DAT7引脚采取同样操作,以免总线信号发生冲突。
3.3 测试验证
1) 边界扫描链路测试
链路测试正常是进行其他边界扫描测试的基础,所以必须进行边界扫描的链路测试。正确连接被测板JTAG口,用ScanWorks导入相关BSDL文件,建立边界扫描链,并执行链路测试操作。测试通过,链路工作正常。
2) 功能测试
根据D33的工作状态可以确定,只要全“0”和全“1”两组激励信号就足够检测器件A与B通信功能。
a)验证第1种情况:即SN54LS245的工作状态应为B到A,则控制引脚DIR应为低,所以D36A的BS信号和H_DIR信号应为低。
由TestVee导入连接器与被测器件互连关系的网表,并为信号BS、H_DIR、HSDAT0-7分配相应的I/O通道,然后编辑各通道信号,信号BS和H_DIR送入“0”,HSDAT0-7送入激励信号,通过数字I/O模块产生测试激励向量,周期地送入被测器件B端。由ScanWorks建立Macro测试,加载响应向量采集程序并编译执行,采集 DAT0-7端响应信号。D33器件封装形式是DIP(双列直插封装),引脚信号能够使用示波器的探笔进行测量(表1中M1和表2中M2为示波器测量值)。实验情况见表1。
结果分析如下:当HSDAT0-7送入全“1”时响应信号与预期响应不一致,说明D33的B到A功能可能存在故障;采集响应与输出测量值一致,表明采集程序没有问题。这表明本文采用的方法可以检测D33的B到A的功能故障。
b)验证第2种情况:即SN54LS245的工作状态应为A到B,所以控制引脚DIR为高,则D36A的BS信号为低和H_DIR信号应为高。
由ScanWorks建立Macro测试,加载测试激励输出程序并编译执行,D33所产生的响应向量由数字I/O模块捕获,由TestVee读出I/O通道中的响应信号。实验情况见表2。
结果分析如下:当DAT0-7送入全“1”时响应信号与预期响应不一致,说明D33的A到B功能可能存在故障;采集响应与输入测量值不一致,可以确认的D33的A、B两端数据不一致,A到B功能存在故障问题。虽然激励向量与输入测量值不一致,但不能确认测试程序是否完成实际功能。对测试激励输出程序进行补偿验证,以被测板中与D33相邻、型号相同、连接状况相同、只有网络名不同的D34为测试对象进行A到B的功能测试,验证结果表明D34的A到B功能正常,说明测试激励输出程序没有问题。这表明本文采用的方法可以检测D33的A到B的功能故障。
4 结束语
经过测试验证表明,应用边界扫描技术的功能测试方法,能够解决带DSP芯片数字电路板中部分非边界扫描器件的功能测试难题。这种方法可以有效地进行故障检测,将故障隔离到芯片。由于是利用DSP芯片的边界扫描功能,所以这种方法可以扩展到形成边界扫描链的数字电路板,应用边界扫描技术进行功能测试还有很大的发展空间。
参考文献
[1]杜舒明.数字电路板故障诊断的一种实用方法[J].现代雷达,1996,18(6):12-20.
[2]IEEE Std1149.1—2001(Revision of IEEE Std1149.1—1990).IEEE standard test access port and boundary——scan architecture[S].2001.
[3]PARKER K P.The boundary-scan handbook[M].Third Edi-tion.Boston,MA,USA:Kluwer Academic Publishers,2003.