侯晓宇，郭 贺，常艳昭

（中国电子科技集团公司第五十八研究所，江苏 无锡 214035）

0 引言

存储器的测试主要由内建自测试和外部测试构成[1⁃3]。内建自测试由于芯片内部测试电路已固化，测试图形无法改变，也无法保障测试的故障覆盖率[4]；而外部测试一般由ATE（Automatic Test Equipment）机台来进行批量化测试[5⁃6]。大容量FLASH 存储器因存储容量大[7⁃9]，在保障故障覆盖率的情况下，其测试向量较大，而ATE 测试系统因有限的存储容量，很难保障大容量存储器的高覆盖率测试。此外，为保障器件的可靠性，需对大容量FLASH 存储器进行三温环境测试。传统的基于ATE 和热流罩的环境测试装置及方法存在如下缺陷：一方面，热流罩体积较小，多工位测试能力受限；另一方面，热流罩无法长时间扣压在ATE 机台上，否则会导致ATE 机台掉电重启，而大容量的FLASH 存储器全地址功能测试耗时数小时，故该方法仅能在常温下对大容量FLASH 存储器进行全地址功能测试，且占用大量ATE测试机时，测试成本较高。因此，亟需在原有的技术基础上进行突破创新，实现大容量FLASH 存储器的三温环境测试，同时提高测试效率，降低测试成本。本文提出了一种基于FPGA 驱动板+工位板的板级FLASH 存储器三温功能测试系统，实现了12 工位的大容量FLASH存储器的三温功能测试，解决了ATE 机台无法长时间进行高低温测试的难题，同时释放大量ATE 机台时，提高了测试效率，降低了测试成本。

1 FLASH 功能测试原理

FLASH 存储器的故障主要有固定型故障、转换故障和固定开路故障等[10]。固定型故障是指存储单元内的逻辑值始终为0 或1。转换故障是指存储单元内的逻辑值可以从1转换为0，但无法从0转换为1，或逻辑值可以从0 转换成1，但无法从1 转换成0。固定开路故障是指无法访问当前存储单元内的逻辑值。通常，采用特定的测试图形来检测FLASH 存储器存在的故障，理论上存在一种测试图形算法可以检测出所有的故障类型，但由于其时间复杂度而无法完全应用于实际工程中[11]。MSCAN算法也被称为全0或全1算法[12]，即在所有存储单元中写入逻辑0 或逻辑1。MSCAN 算法见图1。

图1 MSCAN 算法

Checkerboard 算法也被称为棋盘法，如图2 所示，该方法用于检测相邻单元在存储数据时是否存在相互影响，即在相邻两个存储单元写入不同的逻辑值。

图2 Checkerboard 算法

2 硬件设计

基于上述方案设计，采用子母方案实现硬件平台的设计。硬件平台如图3 所示，该平台由驱动板和工位板两个部分组成。驱动板主要包括FPGA、串口模块、电源模块、时钟模块、存储模块、电平转换模块和金手指接口。工位板和驱动板之间通过金手指相互连接，12 个工位的被测芯片依次排列在工位板上组成测试阵列。

图3 硬件平台总体框架

为满足多工位测试要求，FPGA 选用Xilinx Kintex7系列XC7K325T，其外挂DDR 和FLASH 存储模块分别用于数据缓存与烧写程序的启动。此外，FPGA 通过串口模块实现与上位机之间的通信。

3 软件设计

基于上述硬件平台，本测试系统软件任务由FPGA和上位机两个部分构成，如图4 所示。FPGA 主要负责对12 个工位的被测芯片施加激励信号、测试结果比对和与上位机串口数据的传输工作。上位机主要负责与FPGA 的串口传输工作、测试结果的显示和测试结果的保存。

图4 测试系统软件总体框架

测试系统工作流程如图5 所示。上位机首先通过串口将配置命令发送至FPGA，接着FPGA 对被测芯片施加激励信号，随后FPGA 将接收到的返回信号进行数据比对，进而通过串口发送至上位机，最后上位机在界面上实时显示测试结果并将数据保存至硬盘。

图5 测试系统工作流程

3.1 FPGA 软件设计

FPGA 对被测芯片依次施加激励信号，并对返回的数据结果进行比对，其状态机如图6 所示。首先对被测芯片进行全地址擦写，读全地址，若非全1 则跳转至错误状态；接着对芯片进行全地址写0，读全地址，若非全0，则跳转至错误状态；随后对芯片进行全地址擦写，全地址写0xAA55，读全地址，若非全0xAA55，则跳转至错误状态；最后对芯片进行全地址擦写，全地址写0x55AA，读全地址，若非全0x55AA，则跳转至错误状态。

3.2 上位机软件设计

上位机采用Qt 作为开发工具，该软件主要将界面上的控制命令进行组帧并通过串口发送出去[13]，解析串口中收到的数据，将测试结果显示在可视化界面并存储至硬盘。为有效区分串口接收的数据类型，定义了如图7 所示的数据帧格式，共分为5 个部分，如下：

图7 数据帧格式

1）帧头：长度为32 bit，定值为0x1234567。

2）内容形式：长度为32 bit，0x0 表示命令参数，0x1为被测芯片返回的测试结果。

3）长度：长度为32 bit，该变量表示为数据帧中发送内容的字节大小。

4）内容：具体发送数据。

5）帧尾：长度为32 bit，定值为0x89ABCDEF。

4 实验与分析

FLASH 存储器三温功能测试系统的驱动板和工位板实物图如图8 和图9 所示，两块板卡通过金手指接口插入三温测试箱实现互联。

图8 FLASH 存储器三温功能测试系统驱动板

图9 FLASH 存储器三温功能测试系统工位板

如图10 所示，当被测芯片写入的数据0xAA55 和读出的数据0xAA51 出现不一致时，则当前芯片测试停止，并将测试结果上传至上位机。

图10 错误数据显示

如图11 所示，上位机接收到数据后，实时显示出错误工位号、错误地址和读出的错误数据。

图11 上位机结果显示

5 结论

本文设计一种基于驱动板和工位板的FLASH 存储器的实装测试系统，并完成了对此系统的验证。结果表明，该测试系统可实现12 工位的大容量FLASH 存储器在三温环境下的全地址擦写和读功能测试，以及测试结果的实时显示与本地存储。相较于传统使用ATE 机台对FLASH 存储器进行测试的方法，该测试系统有效解决了ATE 机台在高低温环境下无法长时间测试的缺点，同时释放大量ATE 测试机时，大幅降低了FLASH存储器芯片的测试成本。此外，12 工位的同步测试大幅提高了测试效率，且工位板具有高可扩展性，对于后期的FLASH 存储器量产化测试具有广阔的应用前景。