摘 要： 隨著片上網(wǎng)絡(luò)（Network-on-Chip，NoC）技術(shù)的發(fā)展，片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的測試成為不可或缺的一部分。NoC系統(tǒng)的測試主要包括路由器、資源節(jié)點(diǎn)、互連線等的測試。傳統(tǒng)的測試技術(shù)由于檢測過程復(fù)雜、耗時(shí)、費(fèi)用高、故障檢測率低，不能滿足高效測試的需求。針對(duì)NoC故障檢測技術(shù)的需求，以Visual Studio為開發(fā)平臺(tái)，采用重用資源節(jié)點(diǎn)與邊界掃描相結(jié)合的技術(shù)，設(shè)計(jì)基于VC++的邊界掃描測試系統(tǒng)。設(shè)計(jì)主要由計(jì)算機(jī)軟件控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化模塊組成，可完成對(duì)NoC系統(tǒng)的故障檢測，該系統(tǒng)具有人機(jī)界面友好、功能全面、操作簡便的優(yōu)點(diǎn)，在NoC系統(tǒng)上進(jìn)行測試，取得了預(yù)期效果。
關(guān)鍵詞： 片上網(wǎng)絡(luò)；故障檢測；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通信模塊；VC++
0 引言
片上網(wǎng)絡(luò)（Network-on-Chip，NoC）是一種全新的片上通信方法，其顯著改善了傳統(tǒng)總線式系統(tǒng)的性能，被認(rèn)為是未來集成工藝發(fā)展的必然方向[1]。NoC通信結(jié)構(gòu)包括資源節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和通信鏈路；它們連成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并在通道中傳遞消息。但是隨著NoC技術(shù)研究與應(yīng)用，出現(xiàn)了許多新的問題：（1）隨著NoC結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜，交換電路與接口電路逐漸增多，電路面積也逐漸增大[2]；（2）集成電路設(shè)計(jì)和工藝進(jìn)入深亞微米級(jí)，最小線寬和連線間距大幅度縮小，相鄰連線間的電容、電感耦合對(duì)高速信號(hào)的傳輸產(chǎn)生了巨大影響[3]；（3）資源節(jié)點(diǎn)的種類日益增多，資源節(jié)點(diǎn)電路的故障呈現(xiàn)多樣化，傳統(tǒng)單一故障檢測不再適用。
面對(duì)如此多可能存在的故障，對(duì)NoC系統(tǒng)的故障檢測顯得尤為重要。目前對(duì)資源節(jié)點(diǎn)的測試多以SRAM為主，對(duì)于其他類型的資源節(jié)點(diǎn)鮮有研究。
本文圍繞NoC系統(tǒng)常用器件進(jìn)行故障檢測并進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，在只增加少量硬件電路的條件下，實(shí)現(xiàn)NoC系統(tǒng)的故障測試。
1 NoC系統(tǒng)測試模型
本設(shè)計(jì)中NoC系統(tǒng)采用2D-Mesh通信架構(gòu)[4]，每個(gè)路由器都進(jìn)行封裝具有邊界掃描功能。資源節(jié)點(diǎn)主要包括：數(shù)字I/O口、組合電路、模擬放大電路、頻率計(jì)、支持1149.1協(xié)議的D觸發(fā)器和支持1500協(xié)議的軟核。
為完成對(duì)NoC系統(tǒng)的控制與測試，設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通信模塊與測試軟件兩部分，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
（1）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通信模塊完成數(shù)據(jù)協(xié)議的轉(zhuǎn)換工作，負(fù)責(zé)測試軟件與NoC系統(tǒng)通信工作。
（2）測試軟件完成對(duì)NoC系統(tǒng)的控制與檢測功能，能夠在主界面中顯示每個(gè)資源節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)和故障信息，并且定位故障位置。
2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通信模塊
本模塊采用AT89S52作為主控制芯片。利用FT245RL實(shí)現(xiàn)與測試軟件的USB通信。USB接口電路如圖2所示。
AT89S52與NoC系統(tǒng)通信采用并行傳輸?shù)姆绞剑褂?5針串口作為通信接口。由于供電電壓不同，需在信號(hào)傳輸前進(jìn)行電平轉(zhuǎn)化。
發(fā)送時(shí)序如圖3所示，當(dāng)AT89S52有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時(shí)，將SLROBE置0，并將數(shù)據(jù)送到DB端口，等待NoC系統(tǒng)反饋信號(hào)ACKING，當(dāng)收到反饋信號(hào)后，將SLROBE置1，此時(shí)完成第一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送，然后即可發(fā)送第二個(gè)數(shù)據(jù)，直至所有數(shù)據(jù)發(fā)送完成。經(jīng)過測試，利用DB25端口可以將數(shù)據(jù)有效、高速地傳輸。
3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本軟件在Visual Studio 2012平臺(tái)下開發(fā)，使用C++語言完成程序的編寫。微軟公司發(fā)布的VC軟件是面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語言，它可以非常容易地處理各種數(shù)據(jù)，而且還可以利用各種ActiveX控件十分方便地開發(fā)出基于計(jì)算機(jī)通信的程序[5]。
3.1測試軟件模塊
根據(jù)軟件模塊化設(shè)計(jì)思想，按功能將系統(tǒng)軟件分為USB自動(dòng)搜尋模塊、測試矢量加載顯示模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、資源故障定位模塊、路由器及其互連線故障顯示模塊、資源節(jié)點(diǎn)工作模塊，如圖4所示。
（1）人機(jī)交互界面
人機(jī)交互界面提供用戶的基本操作、各子模塊的控制功能。當(dāng)某指定任務(wù)被選擇后，與之相應(yīng)的程序?qū)⒈粓?zhí)行。從該界面，用戶能夠直觀地查看所有模塊的故障信息和正常工作下的數(shù)據(jù)結(jié)果。
（2）USB自動(dòng)搜尋模塊
USB自動(dòng)搜尋模塊的作用是自動(dòng)搜尋插入的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊的硬件設(shè)備。如果該硬件設(shè)備正常插入，則可以進(jìn)行下一步操作；若沒有檢測到該設(shè)備，則提示用戶插入設(shè)備。當(dāng)用戶插入設(shè)備完成后，可在主界面的菜單欄“USB端口”項(xiàng)對(duì)該硬件端口進(jìn)行打開或關(guān)閉操作。
（3）測試矢量加載顯示模塊
測試矢量是本系統(tǒng)進(jìn)行測試的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，當(dāng)程序執(zhí)行時(shí)，可以自動(dòng)加載測試矢量，并可以在用戶選擇測試操作后在測試矢量窗口顯示測試矢量信息。若用戶對(duì)測試矢量進(jìn)行了修改，則可以直接在菜單欄下的“測試矢量”進(jìn)行加載，然后測試，無需重新啟動(dòng)程序。
（4）數(shù)據(jù)分析模塊
數(shù)據(jù)分析模塊主要完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送操作，并檢測收到的數(shù)據(jù)是否符合規(guī)范，若數(shù)據(jù)不符合則直接丟棄；如果數(shù)據(jù)正確則進(jìn)行下一步處理。首先根據(jù)數(shù)據(jù)類型調(diào)用不同的處理子程序；其次得到資源節(jié)點(diǎn)編號(hào)，然后根據(jù)資源節(jié)點(diǎn)編號(hào)調(diào)用不同的處理算法；最后將數(shù)據(jù)提交給下一模塊。
（5）資源故障定位模塊、路由器及其互連線故障顯示模塊
故障定位模塊主要根據(jù)數(shù)據(jù)分析模塊處理后的數(shù)據(jù)確定資源節(jié)點(diǎn)、路由器、路由器互連線是否存在故障，如果無故障則提示測試成功，若存在故障則提示測試失敗，并在窗口相應(yīng)位置顯示錯(cuò)誤器件。
路由器故障模塊用來根據(jù)NoC系統(tǒng)內(nèi)部的自測方式完成路由器測試后的結(jié)果顯示數(shù)據(jù)信息，該模塊可以顯示故障路由標(biāo)號(hào)、測試時(shí)間等信息。
路由器互連線故障模塊用來顯示對(duì)路由器互連線進(jìn)行邊界掃描后的測試結(jié)果，可以顯示故障路由器標(biāo)號(hào)和故障鏈路標(biāo)號(hào)信息。
（6）資源節(jié)點(diǎn)工作模塊
在主界面中共有8個(gè)資源節(jié)點(diǎn)的操作界面，供用戶在正常模式下對(duì)資源節(jié)點(diǎn)進(jìn)行操作，并將資源節(jié)點(diǎn)結(jié)果顯示在界面中。
3.2 測試軟件工作流程
整個(gè)測試軟件系統(tǒng)的工作流程如圖5所示。
最終的軟件界面設(shè)計(jì)如圖6所示。
軟件安裝完畢后，用戶就可在測試程序主界面進(jìn)行相應(yīng)的功能選擇。在測試模式下，測試程序運(yùn)行過程中，當(dāng)測試結(jié)果為正常，彈出“Test ok”提示對(duì)話框，若測試失敗則彈出“Test Sorry”對(duì)話框，并顯示故障信息。當(dāng)用戶選擇正常工作模式時(shí)，能夠?qū)y試軟件數(shù)據(jù)發(fā)送到NoC系統(tǒng)，并顯示結(jié)果。
4 測試結(jié)果與數(shù)據(jù)
當(dāng)用戶選擇正常工作模式時(shí)，能夠?qū)y試軟件數(shù)據(jù)發(fā)送到NoC系統(tǒng)，并顯示結(jié)果。經(jīng)測試，本設(shè)計(jì)可測試的NoC系統(tǒng)故障如表1所示。系統(tǒng)能夠檢測的故障包括了基本電路中的常見故障。
5 結(jié)論
本文主要研究基于邊界掃描的NoC系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，對(duì)軟件進(jìn)行了模塊設(shè)計(jì)，使它具有很強(qiáng)的通用性和可擴(kuò)展性，系統(tǒng)操作簡便，測試項(xiàng)目齊全。
本測試程序在實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的NoC系統(tǒng)進(jìn)行測試取得了良好的效果，能夠正確檢測到系統(tǒng)中存在的故障，覆蓋率達(dá)到100%。實(shí)驗(yàn)表明，該軟件具有較高的準(zhǔn)確性和實(shí)用價(jià)值。
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