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《南京航空航天大学》 2010年
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嵌入式存储器内建自测试与内建自修复技术研究

苏建华  
【摘要】: 嵌入式存储器因其高带宽、低功耗、硅面积开销小等优点被广泛应用于片上系统(SoC),预计到2014年,嵌入式存储器在SoC中的硅面积占有率将达到94%。应用嵌入式存储器的系统对可靠性和稳定性的要求较高,因此研究嵌入式存储器的自测试、诊断和自修复技术具有重要的理论意义与实用价值。 本文以嵌入式存储器内建自测试与内建自修复技术为研究内容,以提高片上系统的可靠性与稳定性为目标。涉及到了嵌入式存储器故障的建模、测试与诊断实现以及采用高可靠性内建冗余分析策略实现故障单元的自修复等方面,主要研究成果如下: 为有效定位和识别嵌入式静态随机访问存储器(SRAM)中的各种故障,改进SRAM的设计和生产流程,提出一种有效的March19N(N表示存储器的深度)测试算法。首先把故障注入64×8位的SRAM中;然后将测试算法的读/写操作转化为控制器的控制状态,并设计带诊断支持功能的内建自测试(BIST)模块;最后用该BIST模块测试注入的故障,并对测试数据进行比较与合成,从而实现故障的测试和定位。通过对仿真实验结果的分析,得出了包括固定型故障、开路故障、跳变故障、跳变耦合故障、幂等耦合故障、状态耦合故障和地址译码故障在内的故障字典表,并由此得出各类故障所具有的不同的故障识别标志,最后给出了几种测试算法的时间复杂度、故障诊断率及BIST面积开销。 为有效提高嵌入式SRAM的可靠性,进而确保整个电子系统的可靠运行,通过对嵌入式SRAM故障分布特点的分析,采用了一种改进的存储器架构,采用列块修复与行单元修复相配合的方法,并在此基础了上提出了二维冗余模块存在故障的内建冗余分析(BIRA)策略,该策略高效运用了设置的行修复寄存器与列修复寄存器,极大地提高了故障的修复率。通过16×32位SRAM仿真实验验证了提出的内建冗余分析策略的可行性,有效的确保了系统在冗余模块和主存储器都存在故障的情况下的高可靠运行。 在高可靠性内建冗余分析策略的基础上,实现了内建自修复系统,该系统主要由嵌入式存储器阵列、内建自测试和高可靠性内建冗余分析三个部分组成。最后,通过仿真实验给出了系统的仿真结果图,并给出了内建自修复系统各部分的技术指标及其面积开销。 以上所有电路均用VHDL代码编程实现,在Xilinx的Virtex2系列FPGA上利用Xilinx ISE集成的XST工具综合、布局布线及调用ModelSim SE6.0a软件进行时序仿真、验证。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP333

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【参考文献】
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