一種基于IFDR改進的測試激勵數(shù)據壓縮方法

尤志強 羅奇鈞

摘要：通過改進IFDR碼，提出一種基于游程相等編碼的改進FDR（ERFDR）方法.首先，該方法不僅能同時對原測試集的0游程和1游程進行編碼，而且，當相鄰游程相等時還可以用較短的碼字來代替，從而進一步提高了壓縮率.其次，還提出針對該壓縮方法的測試集無關位填充算法，增強提出方法的壓縮效果.實驗結果表明，與FDR，EFDR，IFDR和ERLC相比較，本文提出的方法獲得了更高的壓縮率，降低了測試費用.

關鍵詞：全掃描測試；測試數(shù)據壓縮；無關位；FDR編碼

中圖分類號：TP302 文獻標識碼：A

文章編號：1674-2974（2016）02-0130-05

隨著超大規(guī)模集成（VLSI）電路制造工藝的不斷進步，越來越多的知識產權（IP）核被集成到一個系統(tǒng)芯片（SoC）上，與SoC相關的可測試性和測試方法問題被擺到了重要的位置.近十年來，如何降低測試成本，減少測試應用時間，降低測試功耗成為了研究的熱點問題.

數(shù)據壓縮技術能較好地解決這個問題，而編碼壓縮又是眾多壓縮方法中較好的一種.當前比較成熟的編碼壓縮方法有字典編碼[1]、游程編碼[2]、Huffman碼[3]、Golomb碼[4-5]、FDR碼[6]、EFDR碼[7-8]、IFDR碼[9]等.這些編碼壓縮方法充分利用了測試集中的無關位（X）.FDR是一種變長0游程編碼，測試集中的X都被填充為0以增加0游程的長度，當測試集中1的個數(shù)較少時有較好的壓縮效果.EFDR碼和IFDR碼可以同時對0，1游程進行編碼，當測試集中1的個數(shù)較多時，也能取得較好的壓縮效果.然而以上方法均沒考慮等游程的情況.本文在IFDR上進行改進，提出一種基于游程相等的改進FDR（ERFDR），一方面能同時對0，1游程編碼，另一方面當相鄰游程相等時用較短的碼字來代替，以進一步提高壓縮率，減少測試應用時間.

1IFDR編碼

IFDR編碼是一種改進型FDR編碼（Improved FDR）.該方法將原測試集看作連續(xù)的0游程和1游程，0游程和1游程共用同一套碼字，并規(guī)定0游程后接1游程，1游程后接0游程.若不是，即0游程后是0游程或者1游程后是1游程，編碼時在兩個相同游程中間添加一個“00”作為標識符.該方法默認從1游程開始編碼，若測試集第一位為0，則在編碼的過程中先必須加個“00”作為標識.表1給出了IFDR的編碼表，可以看出游程長度l和其所在組k的關系為：k=「log2（l+3）-1.前綴中1的個數(shù)和其所在組的關系為：k組的前綴為1k-10，表示有k-1個1再接一個0.對于任一組，前綴和尾部的長度是相等的，組前綴是用來區(qū)分該碼字所在的組（通過前綴的長度），尾部用來確定該碼字所在組中的位置.和FDR編碼表不同的是IFDR編碼表的A1組只包含一個游程長度，且沒有長度為0的游程.用IFDR對0游程和1游程編碼時共用同一套編碼.

為了進一步提高測試壓縮率，本文在IFDR基礎上進行改進，提出一種基于游程相等的改進FDR（ERFDR），編碼表見表2.與IFDR碼類似，ERFDR碼也能同時對0游程和1游程編碼，0游程和1游程共用同一套碼字，且默認從1游程開始編碼.考慮到相鄰游程類型相同的可能性較高，與IFDR碼不同，本文用一位“0”作為標識，則可多壓縮一位.代價是游程長度為2n+1-3的編碼增長2位，其中n為自然數(shù).當這種游程個數(shù)小于相鄰游程類型相同的游程個數(shù)的一半時，該編碼方式有效.可以預見，當測試集中確定位比例越低，該編碼方式越有效.進一步考慮到，每個游程的編碼都是從1開始，且不會連續(xù)出現(xiàn)兩個“0”標識符.我們可以用“00”標識相鄰兩個游程相等的情況，從而取得進一步的壓縮效果.在不發(fā)生混淆的前提下，本文用“0000” 標識相鄰游程類型相同且相等的情況.

總之，提出的方法有如下5個編碼原則：1）若測試集第一個游程為0游程，須加“0”作為標識；2）當相鄰游程類型相同但游程不相等時，在兩游程的編碼之間加“0”標識；3）當相鄰游程長度相等且類型不同時，后一個游程用“00”編碼；4）當相鄰游程長度相等且類型相同時，后一個游程用“0000”編碼；5）為了避免解碼時發(fā)生歧義，當出現(xiàn)連續(xù)3個游程長度相等時，則對第3個游程直接用編碼表編碼，而不使用原則3）和4）編碼.

3無關位的填充方法

大規(guī)模測試數(shù)據中無關位占95%以上，測試數(shù)據壓縮效果的好壞在一定程度上取決于對X的填充.本方法對0，1同時編碼，并充分利用游程長度和類型信息進一步提高測試壓縮率，在對無關位填充的過程中應遵循下列兩個基本原則：

1）盡量使用長游程編碼；

2）盡可能地讓相鄰游程相等.

例如：00XX00X00XXXXXXX11XX11XX10這樣一組測試數(shù)據，若在填充過程中僅僅遵循原則1），則填充后為00000000000000001111111110，用 表2編碼，結果為11100011 110011，共14位.若遵循上述兩原則：0000000000001 1111111111110，用本文的方法編碼為110111 00共8位，減少了6位，壓縮效果明顯改善.本文所用的填充算法（無關位填充算法）如下.

6）FSM控制dec1為高電平，控制k+1位計數(shù)器的減1操作，直到k+1位計數(shù)器的值為3（即0…011）時，out輸出為高電平，T觸發(fā)器的輸出翻轉.

7）當解碼完一個游程后，一直到bit_in為1之前，若bit_in共出現(xiàn)1個“0”，則令out為低電平，且v也為低電平0，表示輸出無效，同時也為下一個游程編碼做準備；出現(xiàn)兩個0時，即“00”，則置load為高電平，通過dload把寄存器的值載入k+1位寄存器中，轉到6）；當出現(xiàn)“000”時（共3個時鐘周期），則在前2個時鐘周期置load為高電平，通過dload把寄存器的值載入k+1位寄存器中，轉到6），第3個時鐘周期令out為低電平，v且也為低電平0，表示輸出無效；出現(xiàn)“0000”時，令out為低電平，然后置load為高電平，通過dload把寄存器的值載入k+1位寄存器中，轉到6）；當出現(xiàn)“00000”時，重復上述出現(xiàn)4個0的步驟，之后在最后一個時鐘周期令out為低電平，且v也為低電平.

5實驗結果

本文針對ISCAS89標準電路中較大的6個電路，采用mintest測試集在Visual C++平臺上實驗，得出的結果分別與Golomb碼、FDR碼、EFDR碼、IFDR碼以及ERLC[10]碼進行比較，實驗結果見表3.可以看到平均壓縮率均優(yōu)于其他方法，平均壓縮率比Golomb編碼方法提高了將近14%，比FDR和IFDR分別提高了6%和1.84%，比EFDR和ERLC也提高了0.5%.

6結論

本文在IFDR編碼方法的基礎之上進行改進，不僅能同時對0，1串編碼，而且當出現(xiàn)相鄰游程相等時，后一個游程用較短的碼字來代替，進一步提高壓縮率.實驗結果充分驗證了本文提出方法的有效性.該法簡單可行，解碼電路簡單，硬件開銷不高.

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