PSD4235G2可編程邏輯芯片測(cè)試與應(yīng)用

翟 莉

（中國電子科技集團(tuán)公司第四十七研究所，沈陽110032）

1 引 言

PSD4235G2 是ST 公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的一款基于快閃存儲(chǔ)器的在線可編程外圍器件，可為MCU 提供存儲(chǔ)系統(tǒng)?；谠谙到y(tǒng)編程（ISP）的快閃存儲(chǔ)和可編程邏輯技術(shù)，給嵌入式設(shè)計(jì)帶來一種簡單而靈活的解決方案。PSD4235G2 器件整合了諸多基于單片機(jī)的外圍功能應(yīng)用，包括整合優(yōu)化的宏單元邏輯構(gòu)架。為了滿足嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的獨(dú)特要求而被創(chuàng)造的宏單元，能支持系統(tǒng)地址/數(shù)據(jù)總線和內(nèi)部PSD4235G2寄存器之間的直接連接，簡化了MCU 和其他支持設(shè)備之間的通信[1]。利用這些特征，可在實(shí)際應(yīng)用中獲得很大程度的便利。因此，有必要對(duì)該產(chǎn)品芯片的模塊構(gòu)成及測(cè)試特性有所了解。

2 PSD4235G2芯片結(jié)構(gòu)

從邏輯結(jié)構(gòu)而言，PSD4235G2芯片包含MCU應(yīng)用所需要的多個(gè)外設(shè)功能模塊如下：

4Mbit Flash 存儲(chǔ)器，地址、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)二級(jí)Flash，3000 多個(gè)Flash 可編程邏輯單元，64kbit SRAM,可重配置I/O 端口和可編程電源管理模塊等。

芯片主要性能的發(fā)揮，是基于以下配置：

兩個(gè)閃存記憶存儲(chǔ)；

64 千字節(jié)的SRAM；

附帶有宏單元的可編程邏輯器件（PLD）；

附帶有52 個(gè)輸入輸出引腳的7 個(gè)I/O 接口；

JTAG 端口的在系統(tǒng)編程（ISP）；

內(nèi)部頁寄存器；

高可靠的閃存存儲(chǔ)。

PSD4235G2芯片整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示。

圖1 PSD4235G2 結(jié)構(gòu)框圖

3 PSD4235G2芯片測(cè)試

由PSD4235G2芯片構(gòu)成的系統(tǒng)，因其電路規(guī)模大，存儲(chǔ)容量大，功能復(fù)雜，因此在測(cè)試精度、速度、測(cè)試覆蓋率等方面對(duì)測(cè)試提出了更高更嚴(yán)的要求[2]。芯片測(cè)試包括功能測(cè)試、直流參數(shù)測(cè)試和交流參數(shù)測(cè)試[3-4]。

3.1 功能測(cè)試

對(duì)PSD4235G2芯片的功能測(cè)試可以用兩種方法來編程：在系統(tǒng)編程（ISP）和在應(yīng)用編程（IAP）。表1 顯示了哪些編程方法可以編程PSD4235G2 的不同功能塊。

表1 不同功能模塊的編程方法

(1)在系統(tǒng)編程

當(dāng)端口E 使用JTAG 信號(hào)時(shí)，整個(gè)PSD4235G2芯片，包括閃存、PLD、相關(guān)配置等，皆可迅速實(shí)現(xiàn)ISP。這就意味著，PSD4235G2 能夠在任何時(shí)間，即使是完全空白的條件下進(jìn)行編程，MCU 完全不參與。PSD4235G2芯片可通過端口E 的JTAG 信號(hào)在PSDsoft 軟件開發(fā)工具上得到編程支持。圖2 給出了軟件設(shè)計(jì)流程圖。

(2)在應(yīng)用編程

圖2 軟件設(shè)計(jì)流程

IAP 可以通過MCU 對(duì)芯片編程。MCU 可執(zhí)行二次閃存或SRAM 中的代碼，對(duì)主閃存編程，也可擦除和重新編程主閃存。MCU 可以執(zhí)行在主閃存中的代碼對(duì)二次閃存進(jìn)行擦除和編程。Flash 可以由MCU 進(jìn)行讀寫操作，也可被擦除和編程。MCU 不能直接寫單字節(jié)到Flash 中，故此Flash 需要MCU 發(fā)送特定指令到特殊地址去實(shí)現(xiàn)編程和擦除。一旦MCU 發(fā)出指令，它必須檢查完成態(tài)。PSD4235G2 引用嵌入式算法支持三種方式去提供狀態(tài)給MCU。檢查狀態(tài)有三種方式：Data Polling、Data Toggle 和Ready/Busy output pin。圖3 給出Data Polling 流程圖，其余兩種方式與此同理可推。

圖3 Data Polling 流程圖

3.2 直流參數(shù)測(cè)試

直流參數(shù)測(cè)試包括輸入高、低電平，輸出高、低電平，輸入漏電流、輸出漏電流、電源電流等項(xiàng)。其中電源電流ICC 是PSD4235G2 電路直流參數(shù)測(cè)試的重點(diǎn)，可以定量地反映器件功耗，以發(fā)現(xiàn)器件存在的質(zhì)量問題。

PSD4235G2 在不同工作模式下其電源功耗是各不相同的。圖4 給出了不同頻率不同工作模式下的電源功耗。

圖4 不同頻率不同工作模式下的ICC

3.3 交流參數(shù)測(cè)試

PSD4235G2 的交流參數(shù)測(cè)試項(xiàng)目繁多，不僅需要測(cè)試各種功能模塊的時(shí)序，還要對(duì)模塊下Turbo、Slew Rate、PT Aloc 等多種配置進(jìn)行全面的時(shí)序測(cè)試。圖5 給出AC 參數(shù)測(cè)試電路。

圖5 AC 測(cè)試電路

在對(duì)交流參數(shù)的測(cè)試中，包括以下時(shí)序：

- PLD 時(shí)序

組合時(shí)間；

同步時(shí)鐘模式；

異步時(shí)鐘模式；

輸入microcell 時(shí)間

- MCU 時(shí)序

讀時(shí)序；

寫時(shí)序；

關(guān)機(jī)和復(fù)位時(shí)序

- ISC 時(shí)序

在Teradyne 公司的J750HD 集成電路測(cè)試系統(tǒng)上編制PSD4235G2 的測(cè)試程序，并對(duì)樣品電路進(jìn)行了測(cè)試。部分測(cè)試數(shù)據(jù)詳見圖6。

圖6 PSD4235G2 部分測(cè)試數(shù)據(jù)

4 PSD4235G2芯片應(yīng)用

PSD4235G2 將MCU 系統(tǒng)外圍器件高度集成在一起，并與MCU 之間實(shí)現(xiàn)無縫連接。只需要兩顆芯片，MCU 和PSD4235G2 即可代替眾多的外圍器件組成一套完整的MCU 系統(tǒng)。除此之外，還集成了優(yōu)化的“微控制器單元”邏輯結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)的地址/數(shù)據(jù)總線可以與內(nèi)部寄存器直接互聯(lián)，簡化了控制總線的設(shè)計(jì)[5-6]。

在圖7 中展示了一個(gè)具有16 位多路復(fù)用地址/數(shù)據(jù)總線的Intel 80C196 MCU 連接到PSD4235G2的應(yīng)用例子[7-8]。

圖7 PSD4235G2 與80C196 連接圖

讀取Flash（RD, CNTL1）和寫入Flash（WR/WRL,CNTL0）的控制信號(hào)連接在CNTL 引腳上。當(dāng)BHE不使用時(shí)，PSD4235G2 可以配置為從MCU 接收WRL 并使能高位字節(jié)（WRH/DBE, PD3）。較高的地址輸入位（A16～A19）可以作為PLD 的輸入連接到端口A、B 或C。采用16 位單片機(jī)和PSD4235G2芯片構(gòu)成了一套通用系統(tǒng)，可在實(shí)際應(yīng)用中完成數(shù)據(jù)采集、控制和編程。

此系統(tǒng)的另一優(yōu)點(diǎn)是簡化了MCU 外圍電路的設(shè)計(jì)，增加了可靠性和穩(wěn)定性，可以此縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低產(chǎn)品維護(hù)和升級(jí)成本，有助于產(chǎn)品搶先占領(lǐng)市場(chǎng)。

5 結(jié)束語

PSD4235G2芯片獨(dú)特的結(jié)構(gòu)簡化了硬件接口電路，以其設(shè)計(jì)靈活、資源豐富和極高的性價(jià)比在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。通過對(duì)實(shí)際芯片構(gòu)成系統(tǒng)的測(cè)試，以及對(duì)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用的分析，加深了對(duì)PSD4235 芯片潛力的挖掘，可為該芯片的同類測(cè)試和應(yīng)用研究工作提供經(jīng)驗(yàn)和借鑒。