基于三態(tài)信號(hào)的改進(jìn)游程編碼壓縮方法

陳 田，周 洋，任福繼，3，安 鑫，趙滬隱

（1.合肥工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院，合肥 230009；2.合肥工業(yè)大學(xué)情感計(jì)算與先進(jìn)智能機(jī)器安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，合肥 230009；3.德島大學(xué)工學(xué)部，日本德島770-8506）

0 概述

隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，晶體管的特征尺寸不斷縮小，芯片集成度與頻率日益提高，使得集成電路芯片設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)據(jù)測(cè)試的要求越來(lái)越嚴(yán)格，并對(duì)自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（Automatic Test Equipment，ATE）的I/O通道數(shù)及ATE數(shù)據(jù)傳輸率提出了更高要求［1］。然而，由于大量的測(cè)試數(shù)據(jù)增加了測(cè)試時(shí)間和功耗，因此測(cè)試數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)［2-3］應(yīng)運(yùn)而生。

測(cè)試數(shù)據(jù)壓縮方法主要分為基于線性解壓［4］、廣播掃描［5］和編碼［6］的壓縮方法3類。基于線性解壓的測(cè)試數(shù)據(jù)壓縮方法是先將測(cè)試數(shù)據(jù)壓縮成較小的種子集，測(cè)試時(shí)將種子集傳輸?shù)骄€性解壓器中擴(kuò)展成測(cè)試向量進(jìn)行測(cè)試。該方法壓縮率較高，但只有當(dāng)其原始測(cè)試集中包含很少的確定位時(shí)，才能生成合適的種子?；趶V播掃描的測(cè)試數(shù)據(jù)壓縮方法通過(guò)一個(gè)共同的輸出結(jié)構(gòu)將相同的測(cè)試數(shù)據(jù)扇出到不同的掃描鏈中［7］。該方法較簡(jiǎn)單，但是每一次數(shù)據(jù)扇出時(shí)都需要單獨(dú)連線，并要求原始測(cè)試數(shù)據(jù)具有較高的相容性?；诰幋a的測(cè)試數(shù)據(jù)壓縮方法利用壓縮算法對(duì)原始測(cè)試數(shù)據(jù)集進(jìn)行高度壓縮，將壓縮后相對(duì)較小的測(cè)試集存入ATE，測(cè)試時(shí)利用芯片上的解壓電路進(jìn)行無(wú)損解壓得到測(cè)試數(shù)據(jù)。該方法具有良好的適應(yīng)性，但壓縮率較低。近年來(lái)，研究人員陸續(xù)提出基于Golomb編碼［8］、FDR編碼［9］、EFDR編碼［10］、FRPRL編碼［11］等的測(cè)試數(shù)據(jù)壓縮方法。傳統(tǒng)基于編碼的測(cè)試數(shù)據(jù)壓縮方法使用二值邏輯“0”和“1”進(jìn)行編碼，文獻(xiàn)［12］指出ATE可支持高阻態(tài)（Hi-Z）信號(hào)的傳輸，“0”、“1”和“Hi-Z”被稱為三態(tài)信號(hào)，因此文獻(xiàn)［13］提出基于字典的三態(tài)信號(hào)編碼壓縮方案。本文受此啟發(fā)，提出一種基于三態(tài)信號(hào)的改進(jìn)游程編碼壓縮方法，先對(duì)測(cè)試集進(jìn)行預(yù)處理，降低測(cè)試集中確定位的比例，再根據(jù)游程長(zhǎng)度進(jìn)行變長(zhǎng)分段編碼壓縮，并使用三態(tài)信號(hào)編碼標(biāo)志位。

1 基于三態(tài)信號(hào)的游程編碼壓縮方法

為減少測(cè)試數(shù)據(jù)量，本文提出一種基于三態(tài)信號(hào)的游程編碼壓縮方法，整體流程如圖1所示。首先對(duì)原始測(cè)試集進(jìn)行預(yù)處理；其次填充測(cè)試集的無(wú)關(guān)位；然后利用基于三態(tài)信號(hào)的改進(jìn)游程編碼壓縮方法對(duì)填充后的測(cè)試集進(jìn)行編碼壓縮，并將編碼壓縮后的測(cè)試集存入ATE；最后通過(guò)設(shè)計(jì)解壓電路對(duì)ATE中存儲(chǔ)的壓縮數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)損解壓。

圖1 基于三態(tài)信號(hào)的游程編碼壓縮流程Fig.1 Procedure of run length coding compression based on tri-state signal

1.1 三態(tài)信號(hào)檢測(cè)

本文方法的研究重點(diǎn)為通過(guò)片上解壓電路檢測(cè)三態(tài)信號(hào)并將三態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)化為二值邏輯信號(hào)用于數(shù)據(jù)測(cè)試。文獻(xiàn)［14］提出一種三態(tài)信號(hào)檢測(cè)電路，如圖2所示，其中VDD為電源工作電壓。該電路由6個(gè)晶體管組成，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、開銷小且操作便捷。

圖2 三態(tài)信號(hào)檢測(cè)電路Fig.2 Tri-state signal detection circuit

雖然ATE能存儲(chǔ)三態(tài)信號(hào)，但由于被測(cè)電路不能識(shí)別三態(tài)信號(hào)，因此本文在ATE輸出后增加了一個(gè)三態(tài)信號(hào)識(shí)別電路。該三態(tài)信號(hào)識(shí)別電路的真值表如表1中“轉(zhuǎn)換前”部分所示，可以看出：data2為“1”時(shí)，輸入信號(hào)是“0”；data2為“0”時(shí)，輸入信號(hào)是“1”或者“Hi-Z”。為了能僅讀取1位數(shù)據(jù)就知道該輸入信號(hào)為高阻態(tài)，本文在解壓結(jié)構(gòu)和有限狀態(tài)機(jī)（Finite State Machine，F(xiàn)SM）之間增加了一個(gè)轉(zhuǎn)換電路，使得data2’為“0”時(shí)，輸入信號(hào)一定為“Hi-Z”，真值表如表1中“轉(zhuǎn)換后”部分所示。在本文方法中，將含有三態(tài)信號(hào)的壓縮向量從ATE輸出到片上三態(tài)信號(hào)檢測(cè)電路中，并將三態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)化成二值信號(hào)，同時(shí)通過(guò)解碼器生成與原始測(cè)試向量相容的測(cè)試模式，最終將解碼后的測(cè)試向量輸入掃描鏈中進(jìn)行測(cè)試。

表1 三態(tài)信號(hào)解壓輸出轉(zhuǎn)換前后的真值表Table 1 True value table of tri-state signal decompression output before and after conversion

1.2 測(cè)試數(shù)據(jù)預(yù)處理

原始測(cè)試集包含“0”、“1”和“X”，其中：“0”和“1”為確定位；“X”對(duì)測(cè)試結(jié)果不產(chǎn)生影響，被稱為無(wú)關(guān)位。在將其輸入掃描鏈時(shí)，無(wú)關(guān)位可根據(jù)需要設(shè)置成“0”或“1”。根據(jù)測(cè)試向量中確定位的不同，兩個(gè)測(cè)試向量之間的關(guān)系分為相容、反相相容和不相容3種。在兩個(gè)測(cè)試向量中：如果對(duì)應(yīng)位的位置都為“0”（“1”），或者一個(gè)為“0”（“1”），另一個(gè)為“X”，那么稱這兩個(gè)向量相容；如果對(duì)應(yīng)位的位置一個(gè)為“0”（“1”），另一個(gè)為“1”（“0”）或者“X”，那么稱這兩個(gè)向量反相相容；如果兩個(gè)測(cè)試向量中既存在相容又存在反相相容，那么稱這兩個(gè)向量不相容。

為降低測(cè)試集中確定位的比例，本文使用部分輸入精簡(jiǎn)技術(shù)［15］對(duì)原始數(shù)據(jù)集進(jìn)行預(yù)處理。部分輸入精簡(jiǎn)技術(shù)將相容（反相相容）的測(cè)試向量合并成一個(gè)測(cè)試向量，測(cè)試時(shí)進(jìn)行一個(gè)扇出處理，并保留全是無(wú)關(guān)位的測(cè)試向量，但不作任何處理，其主要原因?yàn)閷y(cè)試集相容或者反相相容的測(cè)試向量合并成一個(gè)向量可減少確定位，從而降低測(cè)試集中確定位的比例。

1.3 游程編碼壓縮方法

1.3.1 游程選取

若字符串中確定位“1”后面有多個(gè)“0”，或者確定位“0”后面有多個(gè)“1”，則稱具有該特性的字符串為游程，可抽象地表示為0n1或1n0，其中，0n表示n個(gè)“0”，1n表示n個(gè)“1”，n為該游程長(zhǎng)度，即兩個(gè)相同確定位之間的距離。為更直觀地展示確定位“0”和“1”在原始測(cè)試集中的分布，本文對(duì)ISCAS-89基準(zhǔn)電路中的s5378電路測(cè)試集繪制更直觀的“0”、“1”和“X”分布圖，如圖3所示，測(cè)試集中的“0”用黑色表示，“1”用白色表示，無(wú)關(guān)位“X”用灰色表示。

圖3 s5378原始測(cè)試數(shù)據(jù)位置分布Fig.3 Position distribution of the original test data about s5378

從圖3可以看出，兩個(gè)相同的確定位不是集中在一起，就是兩兩相隔很遠(yuǎn)，而且很多確定位之間的距離相同。利用該特性，本文設(shè)計(jì)一種基于確定位距離（游程長(zhǎng)度）的編碼壓縮方法。由于測(cè)試集中確定位一般非常稀少，且其在測(cè)試集中所占比例為1%～5%［16］，如果僅統(tǒng)計(jì)在測(cè)試集中所占比例小于5%的確定位的游程長(zhǎng)度，則將減少存儲(chǔ)信息量，而如果完整存儲(chǔ)“0”和“1”的游程長(zhǎng)度，則將浪費(fèi)很多存儲(chǔ)空間，因此為進(jìn)一步減少存儲(chǔ)位數(shù)，本文只存儲(chǔ)“0”或“1”一種確定位的游程長(zhǎng)度。一般的游程編碼方法是對(duì)固定的一種確定位或者同時(shí)對(duì)兩種確定位的游程進(jìn)行編碼，但會(huì)在一定程度上增加游程長(zhǎng)度的種類數(shù)，因此本文對(duì)需要編碼的確定位采取靈活的選取方式，并將該確定位稱為參考位，具體定義如下：

定義1令A(yù)=(S0，S2，…，Sn-1)為某一測(cè)試集，其中Sn表示測(cè)試向量中的第n個(gè)測(cè)試向量，集合T（A）為測(cè)試集A中所有確定位的集合。若T（A）中“1”的數(shù)量小于“0”，則令參考位為“1”；若T（A）中“0”的數(shù)量小于“1”，則令參考位為“0”。

對(duì)于測(cè)試集中的無(wú)關(guān)位，本文進(jìn)行與參考位相反的確定位填充。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，s5378電路的測(cè)試集中“0”有2 968位，“1”有3 537位，因此，s5378的參考位是“0”，同時(shí)將所有的無(wú)關(guān)位填充為非參考位“1”。最終s5378測(cè)試集只需要存儲(chǔ)2 968個(gè)“0”的游程長(zhǎng)度，占整個(gè)測(cè)試集的12.49%，從而明顯減少了所需存儲(chǔ)的信息量。圖4為對(duì)s5378測(cè)試集中無(wú)關(guān)位填充“1”后的分布圖，可以直觀看出“0”所占的比例很小。

圖4 s5378填充測(cè)試數(shù)據(jù)位置分布Fig.4 Position distribution of the filling test data about s5378

1.3.2 游程編碼表的編碼規(guī)則

傳統(tǒng)游程編碼表是根據(jù)游程長(zhǎng)度依次進(jìn)行編碼，游程長(zhǎng)度越長(zhǎng)，排序越靠后，碼字也越長(zhǎng)。然而，編碼時(shí)雖然有些游程長(zhǎng)度并不存在，但也會(huì)在編碼表中占用相應(yīng)的碼字，這就可能會(huì)增加其后面的碼字長(zhǎng)度。因此，傳統(tǒng)游程編碼方式未能充分利用短碼字的優(yōu)勢(shì)，而且不能有效利用所有的二進(jìn)制集合。

圖5是s5378測(cè)試集中參考位“0”的游程長(zhǎng)度出現(xiàn)頻率分布圖，橫坐標(biāo)為“0”的游程長(zhǎng)度，縱坐標(biāo)為該游程長(zhǎng)度的出現(xiàn)次數(shù)?？梢钥闯?，游程長(zhǎng)度的出現(xiàn)次數(shù)均集中于1～10，其中游程長(zhǎng)度為1出現(xiàn)了1 033次，游程長(zhǎng)度為2出現(xiàn)了473次。根據(jù)游程長(zhǎng)度的出現(xiàn)頻率分布，本文重新設(shè)計(jì)了三態(tài)信號(hào)游程編碼表。新編碼表中的碼字為不同長(zhǎng)度的二進(jìn)制全排列，長(zhǎng)度從0開始，直到能表示完游程長(zhǎng)度的所有種類數(shù)時(shí)為止。因?yàn)榇a字長(zhǎng)度不統(tǒng)一，所以本文使用三態(tài)信號(hào)作為標(biāo)志位，每個(gè)碼字都以“Hi-Z”作為后綴，為方便后文的敘述，將“Hi-Z”簡(jiǎn)記為“Z”，最終碼字依次為｛Z，0Z，1Z，00Z，01Z，…｝。根據(jù)以上規(guī)則可得出新的s5378編碼表，如表2所示。

圖5 s5378游程長(zhǎng)度的出現(xiàn)頻率分布Fig.5 Occurrence frequency distribution of the run length about s5378

表2 s5378編碼表Table 2 Coding table about s5378

傳統(tǒng)游程編碼方式根據(jù)游程長(zhǎng)度依次對(duì)應(yīng)相應(yīng)碼字，而本文為充分利用碼字，分別使出現(xiàn)頻率高和低的游程長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)采用短和長(zhǎng)的碼字，并對(duì)不曾出現(xiàn)過(guò)的游程長(zhǎng)度不設(shè)置碼字，從而保證高頻設(shè)短碼、低頻設(shè)長(zhǎng)碼、零頻不設(shè)碼的原則。

通過(guò)觀察s5378編碼表發(fā)現(xiàn)，游程長(zhǎng)度從36到140都只出現(xiàn)了1次，其在編碼過(guò)程中出現(xiàn)次數(shù)少，編碼字段長(zhǎng)，利用率低，占用空間多，對(duì)于編碼壓縮非常不利。為進(jìn)一步提高編碼表中碼字的利用率，本文為整個(gè)測(cè)試向量設(shè)計(jì)一種變長(zhǎng)分段壓縮方法。變長(zhǎng)分段壓縮就是先從整個(gè)測(cè)試向量中劃分出一個(gè)給定長(zhǎng)度的測(cè)試向量，并記錄該子向量中所有參考位的游程長(zhǎng)度。如果測(cè)試向量最后的測(cè)試數(shù)據(jù)不是參考位，例如對(duì)于從測(cè)試集中劃分出的子向量S=｛101XXX｝，其最后一位為無(wú)關(guān)位，該無(wú)關(guān)位將被填充為非參考位。由于本文只對(duì)參考位進(jìn)行編碼，因此最后的3位無(wú)關(guān)位無(wú)法被編碼。如果最后一位無(wú)法被編碼，那么就將離該位最近的參考位的下一位作為起始位，重新設(shè)定給定長(zhǎng)度的向量為子向量并進(jìn)行重新編碼。如果子向量全是非參考位，即最近的參考位不存在，那么設(shè)定該子向量游程長(zhǎng)度為給定長(zhǎng)度。在整個(gè)測(cè)試集編碼完成后，將每個(gè)子向量的游程長(zhǎng)度合并成一個(gè)編碼表，根據(jù)所有游程長(zhǎng)度的出現(xiàn)頻率設(shè)置編碼表，并對(duì)該編碼表進(jìn)行存儲(chǔ)。

為找出變長(zhǎng)分段壓縮的最優(yōu)段長(zhǎng)，本文從段長(zhǎng)為1一直遍歷到測(cè)試集長(zhǎng)度為止，從中找出最優(yōu)的子向量段長(zhǎng)進(jìn)行編碼壓縮。由于尋找最優(yōu)段長(zhǎng)是測(cè)試前的準(zhǔn)備工作，因此不會(huì)增加測(cè)試時(shí)間。圖6為變長(zhǎng)分段編碼壓縮流程。經(jīng)過(guò)測(cè)試可知，s5378的最優(yōu)段長(zhǎng)為43，此時(shí)字典位數(shù)為283，相比不進(jìn)行變長(zhǎng)分段壓縮的字典位數(shù)（940）約減少了70%，而且游程長(zhǎng)度也更集中地出現(xiàn)在多個(gè)固定游程長(zhǎng)度上，使得壓縮率由整體壓縮的66.629%提升到68.085%。

圖6 變長(zhǎng)分段編碼壓縮流程Fig.6 Procedure of variable length segment coding compression

1.3.3 編碼流程

本文首先統(tǒng)計(jì)出測(cè)試集中游程長(zhǎng)度出現(xiàn)次數(shù)較少的確定位，記為參考位，進(jìn)行非參考位填充；然后從段長(zhǎng)為1開始進(jìn)行變長(zhǎng)分段編碼，直到段長(zhǎng)為測(cè)試集長(zhǎng)度時(shí)停止，找出其中的最優(yōu)段長(zhǎng)，并統(tǒng)計(jì)在該最優(yōu)段長(zhǎng)下進(jìn)行變長(zhǎng)分段編碼中所有參考位的游程長(zhǎng)度出現(xiàn)次數(shù)，根據(jù)游程長(zhǎng)度出現(xiàn)頻率高低進(jìn)行排序并生成編碼表；最后根據(jù)編碼表進(jìn)行編碼。

下文以測(cè)試集S為例進(jìn)行說(shuō)明，如圖7（a）所示。假設(shè)經(jīng)過(guò)遍歷后測(cè)試集中最優(yōu)段長(zhǎng)為8，以段長(zhǎng)為8進(jìn)行編碼，整個(gè)編碼過(guò)程中將不涉及變長(zhǎng)分段的編碼過(guò)程。因?yàn)闇y(cè)試集中“0”的個(gè)數(shù)為8，“1”的個(gè)數(shù)為4，所以參考位為“1”，首先進(jìn)行非參考位填充，將無(wú)關(guān)位“X”填充為非參考位“0”，然后從該測(cè)試集中劃分出一個(gè)段長(zhǎng)為8的子測(cè)試向量S0。該測(cè)試集被分成新的子向量S0和剩下的測(cè)試集S，如圖7（b）所示。該子向量中第1個(gè)、第2個(gè)、第3個(gè)參考位的游程長(zhǎng)度依次為0、2、1。編碼到第1個(gè)子測(cè)試向量的最后一位“0”時(shí)，因?yàn)樵撐徊皇菂⒖嘉唬酝说阶罱囊粋€(gè)參考位的下一個(gè)非參考位，即S0中倒數(shù)第2個(gè)“0”，然后以該位作為起始位重新劃分段長(zhǎng)為8的下一個(gè)子向量S1，如圖7（c）所示。因?yàn)樵撟酉蛄渴?個(gè)“0”，所以第4個(gè)“1”的游程長(zhǎng)度為8，然后將剩下的測(cè)試集劃分為第3個(gè)子測(cè)試向量S2，如圖7（d）所示，因此第5個(gè)、第6個(gè)“1”的游程長(zhǎng)度為0、6。

圖7 編碼示例Fig.7 Coding example

統(tǒng)計(jì)出這些游程長(zhǎng)度的出現(xiàn)次數(shù)，并對(duì)游程長(zhǎng)度按照出現(xiàn)頻率高低設(shè)計(jì)編碼表，最終的示例編碼表如表3所示。編碼后的結(jié)果為｛Z0Z00Z1ZZ01Z｝，壓縮后的測(cè)試數(shù)據(jù)共有12位。為便于對(duì)比，本文使用游程編碼重新對(duì)該測(cè)試集進(jìn)行一次壓縮，因?yàn)樵摐y(cè)試集中有較多的短游程且沒(méi)有連續(xù)的“1”游程，所以本文選FDR碼進(jìn)行編碼。該測(cè)試集根據(jù)“1”游程可劃分為001、021、011、081、061，所以按照FDR編碼表編碼為00100001110010110000，共20位?？梢钥闯觯疚姆椒ǖ膲嚎s效果優(yōu)于FDR碼，主要原因?yàn)楸疚牟粌H設(shè)計(jì)了根據(jù)游程長(zhǎng)度的出現(xiàn)頻率來(lái)編碼的三態(tài)碼字，而且采用變長(zhǎng)分段壓縮編碼方法使游程長(zhǎng)度進(jìn)一步集中于出現(xiàn)頻率高的碼字。

表3 示例編碼表Table 3 Example coding table

2 解壓結(jié)構(gòu)

圖8為本文方法的解壓結(jié)構(gòu)，壓縮過(guò)的測(cè)試集存儲(chǔ)在ATE中，其中，ATE_clk、SCK為時(shí)鐘信號(hào)，SE為使能信號(hào)，SI為輸入數(shù)據(jù)。測(cè)試時(shí)數(shù)據(jù)由ATE通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)輸入（Test Data Input，TDI）端口輸出到解壓結(jié)構(gòu)進(jìn)行解壓，然后將解壓后的數(shù)據(jù)（即原始數(shù)據(jù)）輸出到掃描鏈上進(jìn)行掃描測(cè)試。

圖8 解壓結(jié)構(gòu)Fig.8 Decompression structure

解壓過(guò)程主要分成以下兩個(gè)步驟：

1）三態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)換為二值信號(hào)。ATE將包含高阻態(tài)信號(hào)的壓縮后的測(cè)試數(shù)據(jù)輸出到三態(tài)檢測(cè)電路中，三態(tài)檢測(cè)電路將“Hi-Z”進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出，輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成data1’、data2’并將其輸入到FSM中。

2）解壓數(shù)據(jù)并將其輸入到掃描鏈中進(jìn)行測(cè)試。若FSM收到的data2’信號(hào)為“1”，則表示收到的是“0”或者“1”信號(hào)，說(shuō)明正在讀入游程長(zhǎng)度的值，直接將該信號(hào)輸入到移位寄存器中；若FSM收到的data2’信號(hào)為“0”，則表示收到的是“Hi-Z”信號(hào)，說(shuō)明游程長(zhǎng)度已經(jīng)讀取完畢，此時(shí)移位寄存器將游程長(zhǎng)度輸入到編碼表存儲(chǔ)器中，找到編碼表中對(duì)應(yīng)的游程長(zhǎng)度并輸出到計(jì)數(shù)器，由計(jì)數(shù)器將“0”或者“1”信號(hào)輸入到掃描鏈中進(jìn)行測(cè)試。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為驗(yàn)證本文方法的有效性，采用Mintest集［17］對(duì)ISCAS-89基準(zhǔn)電路中的6個(gè)電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。表4為實(shí)驗(yàn)電路的基本信息。本文方法的測(cè)試壓縮算法程序由Java實(shí)現(xiàn)，并在Core i7 3.4 GHz CPU、8 GB內(nèi)存的PC機(jī)上進(jìn)行驗(yàn)證。

表4 實(shí)驗(yàn)電路信息Table 4 Experimental circuit information

壓縮率計(jì)算公式如式（1）所示。本文方法對(duì)Mintest集上壓縮結(jié)果如表5所示，其中，前4列為測(cè)試集經(jīng)過(guò)壓縮處理后的基本信息，第5列為使用本文方法的測(cè)試數(shù)據(jù)壓縮率。表6為本文方法與Golomb方法［8］、FDR方法［9］、EFDR方法［10］、FRPRL方法［11］、文獻(xiàn)［13］方法、文獻(xiàn)［18］方法、9C方法［19］、BM方法［20］和文獻(xiàn)［21］方法的測(cè)試數(shù)據(jù)壓縮率對(duì)比，其中，本文方法與文獻(xiàn)［13］方法均使用三態(tài)信號(hào)對(duì)測(cè)試集進(jìn)行壓縮，其余方法均使用二值信號(hào)對(duì)測(cè)試集進(jìn)行壓縮?？梢钥闯觯疚姆椒ǖ臏y(cè)試數(shù)據(jù)壓縮率要優(yōu)于其他方法，主要原因?yàn)槠鋵?duì)測(cè)試集進(jìn)行預(yù)處理能有效降低測(cè)試集中確定位的比例，為后續(xù)壓縮提供了良好的基礎(chǔ)條件，并且壓縮時(shí)使用三態(tài)信號(hào)作為標(biāo)志位，將編碼字段由定長(zhǎng)變?yōu)樽冮L(zhǎng)，而且根據(jù)游程長(zhǎng)度的出現(xiàn)頻率進(jìn)行編碼，能更充分地利用編碼表。

表5 本文方法對(duì)Mintest集的壓縮結(jié)果Table 5 Compression results of the Mintest set by the proposed method

表6 10種方法的測(cè)試數(shù)據(jù)壓縮率比較Table 6 Comparison of test data compression rate of ten methods %

本文使用Synopsys公司的DC工具對(duì)解壓結(jié)構(gòu)及其對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)電路進(jìn)行綜合分析，得到硬件開銷的計(jì)算公式如式（2）所示：

表7為本文方法與Golomb方法［8］、FDR方法［9］、EFDR方法［10］、文獻(xiàn)［13］方法、9C方法［19］和BM方法［20］在解壓結(jié)構(gòu)的硬件開銷上的對(duì)比。由于本文方法的解壓結(jié)構(gòu)主要是增加了1個(gè)三態(tài)信號(hào)檢測(cè)電路以及1個(gè)編碼表存儲(chǔ)器，但三態(tài)信號(hào)檢測(cè)電路僅由6個(gè)晶體管組成，硬件開銷較少，因此其硬件開銷主要集中在編碼表的存儲(chǔ)器上。與同樣需要開辟額外存儲(chǔ)空間的9C和BM方法及同樣基于三態(tài)信號(hào)的文獻(xiàn)［13］方法相比，本文方法的硬件開銷更小。

表7 7種方法的硬件開銷比較Table 7 Comparison of hardware overhead of seven methods

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出一種基于三態(tài)信號(hào)的改進(jìn)游程編碼壓縮方法。該方法對(duì)原始測(cè)試集進(jìn)行部分輸入精簡(jiǎn)處理，降低了測(cè)試集中確定位的比例并減少參考位的數(shù)量，且對(duì)經(jīng)過(guò)預(yù)處理的測(cè)試集根據(jù)游程長(zhǎng)度進(jìn)行變長(zhǎng)分段處理，從而找出最優(yōu)段長(zhǎng)，同時(shí)按照游程長(zhǎng)度的出現(xiàn)頻率對(duì)最優(yōu)段長(zhǎng)下的參考位設(shè)置編碼表進(jìn)行編碼壓縮，提高了編碼表中碼字的利用率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文方法相比同類壓縮方法具有更高的壓縮率，且硬件開銷沒(méi)有明顯增加。但由于本文方法僅針對(duì)二維芯片上的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理，因此下一步將在三維芯片的基礎(chǔ)上研究測(cè)試芯核的排布和測(cè)試數(shù)據(jù)的調(diào)度問(wèn)題。