ALTECC_DECODER IP核的IEEE 1500 Wrapper設計

摘要 IP核的廣泛應用提高了電路集成的效率。由于眾多功能各異的IP核集成在電路中，完善的測試機制是確保其正常工作的前提。因此，如何對IP核進行測試成為復用IP核技術必須解決的問題。IEEE Std 1500提供了IP核的測試實現機制，文中基于IEEE 1500研究如何實現IP核的Wrapper設計，實驗以Hamming碼譯碼IP核ALTECC_DECODER為測試對象，驗證了IEEE 1500 Wrapper可有效地對IP核進行測試。

隨著集成電路規模的增大，為提高設計效率，IP核在電路集成設計中得到了廣泛應用。盡管IP核復用能簡化設計流程，避免諸多底層電路的設計，但IP核集成在電路中后，已無法直接通過輸入、輸出端口對其進行測試，且不同類型的IP核給測試方法設計帶來了困難。因此，如何建立測試機制成為IP核復用技術必須解決的問題。

IEEE Std 1500提供了標準化、可擴展的可測性設計方法。在將IP核集成到電路中時，為其設計基于IEEE 1500標準的Wrapper，可為集成后的IP核提供標準的測試接口，同時，IEEE 1500 Wrapper實現了IP核與互連電路的隔離，這使得IP核的測試更加方便、安全、高效。

Hamming碼在通信領域應用廣泛，原始數據碼字在編碼時被插入若干校驗碼，組合后的碼字被發送給接收方，接收方通過譯碼即可達到錯誤檢測的目的。在集成電路中應用Hamming碼通信可提高可靠性，Altera公司提供了相應的編碼和譯碼IP核：ALTECC_ENCODER、ALTECC_DECODER。本文即以譯碼IP核ALTECC_DECODER為實驗測試對象，研究如何針對IP核設計IEEE 1500 Wrapper，以及如何運用Wrapper對IP核進行測試。

1 IEEE 1500 Wrapper硬件結構

IEEE Std 1500規定的Wrapper硬件結構如圖1所示，其中必須包括的組成結構有：Wrapper邊界寄存器(Wrapper Boundary Register，WBR)、Wrapper指令寄存器(Wrapper Instruction Register，WIR)、Wrapper旁路寄存器(Wrapper Bypass Register，WBY)、Wrapper串行接口(Wrapper Serial Port，WSP);可選設計的結構有Wrapper并行測試接口(Wrapper Parallel Port，WPP)。

1.1 Wrapper接口功能定義

Wrapper接口主要有WSP接口和WPP接口兩類。其中，WSP接口包括Wrapper串行輸入端口WSI、Wrapper串行輸出端口WSO、Wrapper串行控制端口WSC;WPP接口包括Wrapper并行輸入端口WPI[m：1]、Wrapper并行輸出端口WPO[n：1]、Wrapper并行控制端口WPC，有關Wrapper接口的功能定義如表1所示。

由于WPC端口對并行測試操作的控制和WSC端口相近，在需要為Wrapper設計并行測試接口WPP時，可省略WPC端口的設計，相關并行測試操作由WSC接口控制。

1.2 WBY設計

在測試過程中，為達到節省測試時間的目的，對于無需測試的IP核，可使旁路寄存器WBY在Wrapper中處于有效狀態。如圖2所示，旁路寄存器WBY串接于WSI—WSO之間，其可為Wrapper提供一條最短的移位路徑，實現對WBR鏈的旁路。因此，WBY通常按1 bit移位長度設計，但在必要時可增加移位長度。

圖2中，WBY_Ins是指選擇WBY連接于WSI—WSO之間的Wrapper指令，D觸發器FF工作WRCK上升沿，此外，數據的移位還需滿足SelectWIR=0，ShiftWR=1的條件。

1.3 WBR設計

WBR是Wrapper執行測試操作的最主要執行部分，由一個個圍繞在IP核輸入、輸出端口的WBR單元組成。WBR單元在響應各項測試操作時，扮演了測試施加和響應捕獲的角色。

文獻給出了典型的WBR單元設計，但由于設計簡單，在實際測試應用中存在著安全性、測試操作不便等問題。鑒于WBR單元的設計決定著測試執行的效率，諸多文獻均對其進行了設計研究。

設計的WBR單元結構如圖3所示。Work_Mode信號決定WBR處于正常工作模式還是測試模式，其由WRSTN信號和Wrapper指令控制。存儲單元D1連接于CTI—CTO之間，負責響應移位和捕獲測試操作，D1存儲的值即WBR單元的當前值。在移位測試操作時，上一WBR單元的數據經CTI端移入存儲單元D1，D1中原先的數據移入下一WBR單元;在捕獲測試操作時，CFI端的數據被捕獲存儲到D1中。存儲單元D2負責更新測試操作，其將D1存儲的WBR當前數據更新輸出。本文設計的WBR單元在測試過程中支持Safe模式和Clamp模式，在Safe模式有效時，WBR單元的CFO輸出預先設定的安全值;在Clamp模式有效時，CFO輸出WBR單元的當前內部數據。

1.4 WIR設計

指令寄存器WIR用于配置Wripper的測試狀態，如圖4所示。WIR包括指令碼移位寄存器、指令碼譯碼邏輯和指令更新寄存器，其中指令碼移位寄存器是WSI—WSO之間的一條移位通道。在測試操作開始前，首先令SelectWIR=1，設置ShiftWR=1，經WSI向指令移位寄存器中移入測試指令碼，或置CaptureWR=1，經WIR_PI并行捕獲測試指令碼。指令碼譯碼邏輯采用組合邏輯設計，對當前移位寄存器中的數據進行譯碼。在指令碼移位完成后，令UpdateWR=1執行指令更新操作，指令更新寄存器根據譯碼結果觸發新的Wrapper指令有效。

設計Wrapper指令的功能定義如表2所示，其中“串行”是指Wrapper中所有WBR單元構成一整條WBR鏈并作為WSI和WSO之間的一條移位通道，“并行”是指WBR單元被配置為分段鏈，分別連接于WPI和WPO之間;“內測試”是指Wrapper測試對象是內部IP核，“外測試”是指Wrapper測試對象是外部互連電路。

2 IP核的Wrapper設計

本文測試對象是基于Hamming碼規則的信號糾錯譯碼IP核：ALTECC_DECODER，其作用是實現Hamming碼的譯碼，并生成伴隨式矢量以檢測接收碼字中是否存在錯誤。ALTECC_ DECODER IP核的端口信號說明，如表3所示。

本文為ALTECC_DECODER IP核設計的IEEE1 500 Wrapper，如圖5所示，IP核輸入、輸出端的小方框即為WBR單元。

3 實驗

本文對ALTECC_DECODER IP核的實驗測試以接收碼字0000111000100為測試數據，驗證Wrapper對IP核的測試控制能否正常進行，并根據Wrapper的測試結果判斷ALTCC_DECOD ER IP核的譯碼是否正確。在WS_INTEST指令下的Modelsim仿真測試流程圖如圖6所示。

圖6測試過程中，測試數據由din[12]→din[11]→* * *→din[0]→clock→aclr的順序構成，向輸入端WBR單元先后串行移位輸入的測試數據：000011100010000、0000111000 10010，其區別在于移入clock端WBR單元中的數據分別為0和1。測試數據串行移位輸入后經過更新操作，IP核clock端的WBR單元向clock端施加了0到1的激勵變化，IP核輸出實驗結果，即譯碼得到的原始碼字，輸出端WBR單元捕獲IP核輸出的結果后串行移位輸出，串行輸出的數據順序為：err_fatal→err_cotrected→err_detected→q[0]→q[1]→* * *q[7]，實驗測試結果，如圖7所示，圖中最后部分即為實驗完成后串行移位輸出結果。

實驗結果和根據Hamming碼編碼規則得到的理論結果對比如表4所示。實驗得到的結果為11000100，和0000111000100的理論譯碼結果相同，且標記信號err_detected、err_co rrected、err_fatal的輸出均為0，說明本次實驗中ALTECC_DECODER IP核對接收碼字0000111000100的檢測結果無誤。

綜合實驗分析，為ALTECC_DECODER IP核設計的IEEE 1500 Wrapper能正常完成測試操作，并將測試結果移位輸出以供數據分析。

4 結束語

IEEE 1500 Wrapper為集成電路IP核提供了規范有效的測試機制，本文在以Hamming碼譯碼IP核ALTECC_DECODER為測試對象，研究如何實現IP核的Wrapper設計。文中針對目前文獻中WBR存在的不足，設計了功能更加完善的WBR單元，能夠更好地滿足測試需要。