基于noc的片上系统验证和测试研究

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1、中图分类号：TP302论文编号：102870414-B011学科分类号：081001博士学位论文基于NoC的片上系统验证和测试研究研究生姓名张颖学科、专业通信与信息系统研究方向专用集成电路设计指导教师吴宁教授南京航空航天大学研究生院电子信息工程学院二О一四年十二月万方数据NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofElectronicandInformationEngineeringResearchonVerificationandTestingofSyst

2、em-on-ChipBasedonNoCAThesisinCommunicationandInformationSystembyZhangYingAdvisedbyProf.WuNingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyDecember,2014万方数据承诺书本人声明所呈交的博士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京

3、航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）万方数据万方数据南京航空航天大学博士学位论文摘要随着半导体与集成电路技术的发展，成百甚至上千的IP核将集成到单个芯片上，片上系统（SystemonChip，SoC）内部互连结构的吞吐量、延时、功耗、信号完整性以及时钟同步等问题变得更加复杂。片上网络（NetworkonChip，NoC）采用基于数据包的传输方式，为模块之间的互连提供高效

4、、可靠、灵活的通信架构，成为解决复杂SoC设计中全局互连与通信问题的有效方案。片上网络NoC的架构特性为片上系统的验证和测试带来了挑战和机遇，迫切需要测试和验证方法的改进和创新。论文对基于NoC的片上系统验证和测试中的关键技术进行研究，重点解决了测试数据压缩编码、面向NoC的多测试模式的测试壳设计、面向测试优化的NoC映射等关键问题，并最终建立了模块化的基于NoC的片上系统验证测试平台。论文首先提出了一种基于NoC的片上系统测试数据压缩编码——改进型游程编码AFDR，可用于实现IP核测试数据的压缩，使得整体片上系统测试时间有效地减少。运用该编码方案对多组

5、ISCAS’89标准电路的测试数据进行压缩，并和其他压缩方案进行了比较。实验结果表明，通过同时对0游程和1游程进行处理，并对特定序列进行进一步的优化编码，提出的AFDR编码压缩效果明显优于传统压缩方案，其平均压缩比优于MFDR编码11.22%，优于SVIC编码1.92%。论文同时还给出了AFDR编码优越性的理论分析和相配合的解压缩电路设计。为解决系统芯片的高效测试问题，提出了一种改进的兼容IEEE1500标准的嵌入式IP核的测试壳，该测试壳模块可高效地支持基于NoC的片上系统单播和多播测试。此外，设计的串行和并行测试响应比较器使得IP核有无故障可在测试壳

6、内直接确认，并在单播和多播测试模式下快速传输测试结果，极大地提高了测试的效率和灵活性。此外，论文还介绍了相关的多播数据传输无死锁路由器的设计。以ISCAS’89电路作为IP核构建了多个NoC，进行单播和多播测试实验。实验结果表明，该测试壳可以有效地实现基于NoC的片上系统多模式测试，且所设计的串并行测试响应比较器可明显地减少测试时间。在设计了内嵌IP核测试壳的基础上，为实施基于NoC的片上系统并行测试，深入研究了多核并行测试调度算法，并基于设计的并行测试结构，提出了面向测试优化的NoC映射方案。首先提出一种分段式的测试优化的映射方法，在满足带宽和分组内I

7、P核个数约束的条件下，使用分组调度算法先得到并行测试时间最小的分组，然后基于现有分组和IP核之间的通信量约束，运用启发式算法实现测试优化的NoC映射。实测数据表明，应用该方案后，测试时间平均减少12.67%；与随机任务映射相比，映射代价平均减少24.5%。论文还进一步提出了一种协同测试优化的NoC映射算法，基于多目标优化的遗传算法协同优化测试时间和映射开销，并通过调整优化目标的比例，适应不同NoC应用需求。实测数据的比对表明，在协同优化目标均衡的情况下，可获得更优的总体开销。i万方数据基于NoC的片上系统验证和测试研究最后，论文给出了基于NoC的片上系统

8、验证测试平台的设计，依据VMM验证方法学构建片上系统验证平台，通过实例证明该平台