基于FSMC技術(shù)的NorFlsah功能驗(yàn)證系統(tǒng)研究

廖 勇，張思佳，李佳俊，韋純進(jìn)，吳佩雯，張亭亭

(1.航天科工防御技術(shù)研究試驗(yàn)中心，北京 100854；2.西南石油大學(xué) 電氣信息學(xué)院，成都 610500)

0 引言

對(duì)于閃存存儲(chǔ)器NorFlash而言，國(guó)內(nèi)外大多數(shù)生產(chǎn)或測(cè)試廠家采用的主流測(cè)試方式是使用ATE機(jī)臺(tái)或者存儲(chǔ)器專(zhuān)用測(cè)試設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，這些設(shè)備可通過(guò)編寫(xiě)測(cè)試程序完成對(duì)NorFlash的功能和各類(lèi)參數(shù)測(cè)試，同時(shí)可設(shè)置多SITE模式實(shí)現(xiàn)批量測(cè)試，但ATE和存儲(chǔ)器專(zhuān)用測(cè)試設(shè)備的價(jià)格往往十分高昂，同時(shí)對(duì)于傳統(tǒng)ATE機(jī)臺(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)器功能測(cè)試與參數(shù)測(cè)試而言，還存在測(cè)試開(kāi)發(fā)流程復(fù)雜的情況，需要編寫(xiě)pin configuration文件、level文件、timing文件、pattern文件、testflow文件等測(cè)試程序配置文件，這些測(cè)試文件中時(shí)序設(shè)計(jì)和向量文件一般編寫(xiě)較為復(fù)雜、編寫(xiě)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，開(kāi)發(fā)效率較低[1]。并且基于NorFlash芯片的特點(diǎn)，在進(jìn)行測(cè)試程序開(kāi)發(fā)時(shí)，需要將其容量和功能模式完全覆蓋，而測(cè)試開(kāi)發(fā)人員在編寫(xiě)存儲(chǔ)器測(cè)試向量時(shí)一般的測(cè)試機(jī)臺(tái)無(wú)法自動(dòng)生成測(cè)試向量，也無(wú)法完成地址的動(dòng)態(tài)遞增，單純靠手動(dòng)或靠編代碼的方式實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)地址遞增會(huì)使得測(cè)試向量編寫(xiě)困難，特別是對(duì)于256Mbit及以上的NorFlash芯片通過(guò)手動(dòng)復(fù)制上千萬(wàn)行測(cè)試向量時(shí)會(huì)使得計(jì)算機(jī)變得卡頓，完成一個(gè)完整的向量編寫(xiě)通常需要幾十小時(shí)，開(kāi)發(fā)效率極低，而且NorFlash的功能測(cè)試涵蓋大量控制命令以及種類(lèi)繁多的控制時(shí)序，靠測(cè)試人員手動(dòng)編寫(xiě)測(cè)試向量和調(diào)整時(shí)序會(huì)存在較大開(kāi)發(fā)難度，并且由于測(cè)試機(jī)臺(tái)測(cè)試向量深度的限制，上述方式往往難以覆蓋大容量的存儲(chǔ)器，進(jìn)而會(huì)增加測(cè)試程序開(kāi)發(fā)難度，延長(zhǎng)開(kāi)發(fā)周期[2-3]。

針對(duì)NorFlash測(cè)試存在的問(wèn)題，可采用FSMC擴(kuò)展技術(shù)進(jìn)行解決，此技術(shù)是STM32系列微控制器單元采用的一種新型的存儲(chǔ)器控制技術(shù)[4-5]。其中，F(xiàn)SMC內(nèi)部包含4個(gè)模塊：AHB接口(包括FSMC配置寄存器)、NOR閃存和PSRAM控制器、NAND閃存和PC卡控制器、外部設(shè)備接口等[6]。FSMC接口可以支持?jǐn)U展靜態(tài)的內(nèi)存，如SRAM、NorFlash、NandFlash、ROM等存儲(chǔ)器。在進(jìn)行NorFlash驗(yàn)證測(cè)試時(shí)，通過(guò)設(shè)置FSMC控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)器芯片的優(yōu)化調(diào)度，通過(guò)對(duì)待測(cè)NorFlash芯片ID的讀取，可以自動(dòng)匹配不同廠家、不同型號(hào)、不同封裝的NorFlash芯片測(cè)試算法，減少了基于傳統(tǒng)ATE機(jī)臺(tái)的存儲(chǔ)器芯片測(cè)試開(kāi)發(fā)需要編寫(xiě)的pin configuration文件、level文件、timing文件、pattern文件、testflow文件的工作，并且由于要覆蓋NorFlash的所有存儲(chǔ)空間，常規(guī)采用ATE利用手動(dòng)或者半自動(dòng)的方式極大依賴(lài)于測(cè)試機(jī)臺(tái)的向量存儲(chǔ)深度和測(cè)試機(jī)臺(tái)的編程靈活性，而往往通用大規(guī)模集成電路測(cè)試機(jī)臺(tái)，如：日本愛(ài)德萬(wàn)公司的V93K和美國(guó)泰瑞達(dá)公司的Ultra-Flex在這兩方面做的均不好，除非花費(fèi)極大的成本完成軟硬件升級(jí)才能滿(mǎn)足大容量的NorFlash的功能測(cè)試，但是測(cè)試向量編寫(xiě)困難、測(cè)試流程復(fù)雜且冗余的缺點(diǎn)仍然存在，這樣就會(huì)極大的增加了測(cè)試開(kāi)發(fā)人員的效率，而自主設(shè)計(jì)的NorFlsah功能驗(yàn)證系統(tǒng)可以較好的解決此問(wèn)題，可以通過(guò)編寫(xiě)代碼靈活的完成測(cè)試向量中地址動(dòng)態(tài)遞增和存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)賦值的工作，并且外圍電路可配置大容量的存儲(chǔ)介質(zhì)以用于測(cè)試向量的存放，從而較好的應(yīng)對(duì)常規(guī)測(cè)試機(jī)在進(jìn)行NorFlsah測(cè)試程序開(kāi)發(fā)時(shí)所面臨的問(wèn)題，而且由于編程軟件采用Visual Studio 2022進(jìn)行嵌入式開(kāi)發(fā)，編程的靈活性和可用的函數(shù)庫(kù)更加豐富多樣，從而使得測(cè)試程序編寫(xiě)的兼容性和可行性大為提升。此外，針對(duì)傳統(tǒng)的ATE機(jī)臺(tái)的扇區(qū)擦除及整片芯片擦除測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，本系統(tǒng)內(nèi)部集成MATCH功能，可以實(shí)時(shí)判斷芯片的BUSY輸出信號(hào)及時(shí)控制擦除操作，省去芯片額外的擦除時(shí)間，極大地增強(qiáng)了系統(tǒng)的測(cè)試效率。針對(duì)NorFlash而言，在測(cè)試時(shí)設(shè)置具有特殊功能的寄存器，動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)出的控制指令[7]，動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)NorFlash存儲(chǔ)空間的遍歷訪問(wèn)，控制時(shí)序設(shè)置簡(jiǎn)單，可便捷的完成對(duì)NorFlash的功能測(cè)試。

1 NorFlash功能驗(yàn)證技術(shù)方案設(shè)計(jì)

1.1 FSMC拓展技術(shù)的應(yīng)用

本文選擇單片機(jī)STM32F407IGT6在不增加外部的器件的條件下，可以擴(kuò)展不同型號(hào)、不同類(lèi)型、不同容量的外部靜態(tài)存儲(chǔ)器[8-10]。在STM32系列單片機(jī)，一些引腳被專(zhuān)門(mén)設(shè)置為地址線、數(shù)據(jù)線、控制線，這些地址線、數(shù)據(jù)線等對(duì)應(yīng)著固定的地址[11-12]，使用時(shí)只需外部存儲(chǔ)器將數(shù)據(jù)線與STM32對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)線連接，配置FSMC即可完成訪問(wèn)操作。針對(duì)NorFlash而言，選擇FSMC內(nèi)部集成的NorFlash控制器，通過(guò)配置特殊寄存器直接完成NorFlash的訪問(wèn)[13-14]，其核心工作原理是利用STM32F407-IGT6的高性能 Arm○RCortex○R-M4，32位的RISC內(nèi)核通過(guò)AHB高速總線連接到FSMC，再由FSMC連接至擴(kuò)展NorFlash的外部總線[15-18]。FSMC接口在CPU與外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)通訊時(shí)起到轉(zhuǎn)換的作用，將CPU對(duì)外部NorFlash的訪問(wèn)信號(hào)轉(zhuǎn)換為可被外部擴(kuò)展NorFlash所識(shí)別到的信號(hào)，并發(fā)送給外部擴(kuò)展NorFlash，實(shí)現(xiàn)CPU與外部擴(kuò)展NorFlash的數(shù)據(jù)通訊[19-20]。

1.2 NorFlash功能驗(yàn)證系統(tǒng)框架搭建

NorFlash功能驗(yàn)證系統(tǒng)框架如圖1所示，此系統(tǒng)框架主要涵蓋12個(gè)部分，分別是：以STM32F407IGT6為核心的主控電路、供電電路模塊、RS485電路、AD7606電路、輸入繼電器控制電路、輸出繼電器控制電路、輸入源控制電路、輸出源控制電路、波形產(chǎn)生電路、示波器及通訊電路、臺(tái)式電路及通訊電路、數(shù)字萬(wàn)用表及通訊電路；

圖1 NorFlash 功能驗(yàn)證系統(tǒng)框架

圖1詳細(xì)的展示了測(cè)試母板中各部分電路的連接1關(guān)系，圖中，深色線標(biāo)識(shí)輸入信號(hào)的流動(dòng)方向，淺色表示輸出信號(hào)的流動(dòng)方向。輸入信號(hào)即被測(cè)芯片的激勵(lì)信號(hào)流動(dòng)軌跡如下：輸入激勵(lì)信號(hào)(單片機(jī)激勵(lì)源、高精度臺(tái)式電源、波形產(chǎn)生電路)→輸入信號(hào)選擇電路→輸入接口→被測(cè)芯片；輸出信號(hào)即被測(cè)芯片輸出信號(hào)的流動(dòng)軌跡如下：被測(cè)芯片輸出信號(hào)→輸出接口→輸出測(cè)試源選擇電路→測(cè)試源(高精度臺(tái)式電源、高精度AD采樣電路和高性能外部示波器)。各個(gè)組成單元都承擔(dān)著十分重要的作用：

核心控制電路是整套功能驗(yàn)證系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，它以STM32F407IGT6為主，該芯片內(nèi)部集成了可變靜態(tài)存儲(chǔ)控制器FSMC，通過(guò)集成的Thumb-2高密度指令集設(shè)置特殊功能寄存器，如圖1所示，然后FSMC接口利用控制接口、地址接口和數(shù)據(jù)接口可以依據(jù)不同的外部存儲(chǔ)器類(lèi)型發(fā)出相應(yīng)的數(shù)據(jù)/地址/控制信號(hào)以匹配信號(hào)的速度，在不增加外部器件的情況下就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同廠家、不同容量、不同協(xié)議的NorFlash進(jìn)行地址的遍歷、向量的動(dòng)態(tài)生成、時(shí)序的便捷設(shè)置，極大增強(qiáng)了該系統(tǒng)的兼容性和靈活性。

基于VS2022開(kāi)發(fā)平臺(tái)，它涵蓋大量的庫(kù)函數(shù)固件庫(kù)，在進(jìn)行初始化時(shí)便用到會(huì)用到FSMC_ NORInit()、FSMC_NANDInit()、FSMC_ SRAMInit()等庫(kù)函數(shù)，還有FSMC 的使能函數(shù)FSMC_ NORInit()、FSMC_NANDInit()、FSMC_ SRAMInit()等，而且 FSMC 讀寫(xiě)時(shí)序、地址建立保持時(shí)間，數(shù)據(jù)建立時(shí)間等配置也可以在調(diào)用庫(kù)函數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行編程開(kāi)發(fā)?？傊?，庫(kù)函數(shù)調(diào)用十分方便，嵌入式軟件編程非常靈活。

但是在嵌入式編程時(shí)也有需要注意的地方，F(xiàn)SMC進(jìn)行NorFlash訪問(wèn)時(shí)有幾個(gè)寄存器非常重要，其中FSMC_BCRx控制寄存器可配置要控制的存儲(chǔ)器類(lèi)型、數(shù)據(jù)線寬度以及信號(hào)有效極性能參數(shù)，F(xiàn)SMC_BTRx時(shí)序寄存器用于配置NorFlash訪問(wèn)時(shí)的各種時(shí)間延遲，如數(shù)據(jù)保持時(shí)間、地址保持時(shí)間等，F(xiàn)SMC_BWTRx寫(xiě)時(shí)序寄存器專(zhuān)門(mén)用于控制寫(xiě)時(shí)序的時(shí)間參數(shù)，但是在所調(diào)用的ST官方庫(kù)中，并沒(méi)有定義FSMC_ BCRx、FSMC_BTRx、FSMC_BWTRx等寄存器，而利用一些規(guī)則進(jìn)行組合而得到，其中FSMC_ BCRx和FSMC_BTRx組合成BTCR[8]寄存器組，其規(guī)則如表1所示。

表1 FSMC_ BCRx、FSMC_BTRx與BTCR[8]對(duì)應(yīng)關(guān)系

而FSMC_BWTRx則組合成BWTR[7]，表2為其對(duì)應(yīng)關(guān)系：

表2 FSMC_BWTRx與BWTR[7]對(duì)應(yīng)關(guān)系

表3 VOL測(cè)試結(jié)果

表4 VOH測(cè)試結(jié)果

表5 VIL測(cè)試結(jié)果

表6 VIH測(cè)試結(jié)果

供電電路模塊，由于不同芯片的供電范圍不同及大量驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)，因此設(shè)計(jì)了12 V轉(zhuǎn)5 V，5 V轉(zhuǎn)3.3 V的電路，用于母板與子板不同芯片的供電需求以及大量繼電器的驅(qū)動(dòng)。

RS485通訊電路，用于提供與上位機(jī)軟件的通訊，使用的是RS485的半雙工模式，只需要兩根通信線(A，B)即可完成數(shù)據(jù)通信。

AD7606電路，16位精度、可8路并行的ADC模塊，用于采集DUT的直流參數(shù)，再將采集完成的參數(shù)反饋給STM32F407IGT6進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。

輸入繼電器控制電路、輸出繼電器控制電路，通過(guò)繼電器，完成I/O通道的開(kāi)啟與關(guān)閉。

輸入源控制電路，該電路主要用于輸入激勵(lì)信號(hào)的選擇，激勵(lì)信號(hào)可以選擇單片機(jī)激勵(lì)源、高精度臺(tái)式電源、波形產(chǎn)生電路作為DUT的輸入激勵(lì)源。核心控制算法可以根據(jù)器件的不同頻率、不同精度的激勵(lì)需求，對(duì)這3種激勵(lì)信號(hào)靈活選擇。通過(guò)VISA協(xié)議，本系統(tǒng)可以對(duì)高精度臺(tái)式電源進(jìn)行程控，實(shí)現(xiàn)程序?qū)?lì)信號(hào)幅值的動(dòng)態(tài)調(diào)整；單片機(jī)激勵(lì)源可提供常見(jiàn)的高電平、低電平驅(qū)動(dòng)信號(hào)；波形產(chǎn)生電路可提供常見(jiàn)的正弦波、余弦波等激勵(lì)信號(hào)，可以根據(jù)不同器件動(dòng)態(tài)調(diào)整驅(qū)動(dòng)需求。

輸出源控制電路，該電路主要用于對(duì)測(cè)試芯片輸出信號(hào)測(cè)試源進(jìn)行選擇，輸出信號(hào)測(cè)試源包括高精度臺(tái)式電源、高精度AD采樣電路和高性能外部示波器3種。通過(guò)VISA協(xié)議可以在上位機(jī)對(duì)高精度臺(tái)式電源進(jìn)行程控，根據(jù)不同芯片動(dòng)態(tài)的進(jìn)行VIH、VIL、VOH、VOL等直流參數(shù)的測(cè)試。高精度AD采樣電路以16位精度的AD7606為核心，可同時(shí)采集8路輸出信號(hào)的數(shù)據(jù)，提高采樣效率。外部高性能示波器主要用于對(duì)交流參數(shù)的測(cè)試，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出使能到數(shù)據(jù)有效時(shí)間tOE、片選到數(shù)據(jù)有效延遲時(shí)間tCE、地址到輸出延遲時(shí)間tACC等交流參數(shù)的抓取。波形產(chǎn)生電路，由于不同的DUT對(duì)輸入激勵(lì)需求不同，常規(guī)的存儲(chǔ)器輸入激勵(lì)包括：驅(qū)動(dòng)高、驅(qū)動(dòng)低等，同時(shí)對(duì)激勵(lì)信號(hào)的測(cè)試頻率要求較高，通常高速存儲(chǔ)器的輸入激勵(lì)頻率要求達(dá)到150 MHz左右。因此設(shè)計(jì)以FPGA芯片XC7A100T為主控配合雙路10位DA模塊及部分外設(shè)電路的任意波生成電路，滿(mǎn)足不同頻率的激勵(lì)需求，該電路可以同時(shí)生成4路不同頻率的信號(hào)，而且信號(hào)最大頻率可以達(dá)到200 MHz，能夠覆蓋大多數(shù)存儲(chǔ)器的輸入激勵(lì)需求。根據(jù)不同的DUT輸入激勵(lì)需求，核心CPU STM32 -F407IGT6可通過(guò)TTL接口對(duì)該電路發(fā)出控制指令，產(chǎn)生不同類(lèi)型、不同頻率的激勵(lì)信號(hào)，輸出包括：正弦波、余弦波、鋸齒波、方波、高電平、低電平、差分信號(hào)等，電壓覆蓋：2.7～5 V動(dòng)態(tài)變化，頻率覆蓋：0～200 MHz動(dòng)態(tài)變化，核心CPU可以根據(jù)不同被測(cè)器件的需求改變輸出信號(hào)的相位及幅值。

示波器及通訊電路，利用type-B接口通過(guò)VISA通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片的交流參數(shù)的測(cè)試高精度臺(tái)式電源及通訊電路，利用type-B接口通過(guò)VISA通訊協(xié)議，以及輸入、輸出源繼電器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片電信號(hào)的施加、直流參數(shù)的測(cè)試與采集、輸入源的激勵(lì)。

數(shù)字萬(wàn)用表及通訊電路，7位半精度，利用GPIB通過(guò)VISA通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)對(duì)DUT高精度的電信號(hào)測(cè)試。

整個(gè)NorFlsah功能驗(yàn)證系統(tǒng)的所有組成可以大致分為兩大核心，第一部分是：基礎(chǔ)功能驗(yàn)證，包括ID讀取，讀操作，寫(xiě)操作和擦除操作等，這是整套驗(yàn)證系統(tǒng)的關(guān)鍵和前提；第二部分是：參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)，參數(shù)的測(cè)試除了完成芯片手冊(cè)的基本規(guī)定指標(biāo)之外，它也是功能驗(yàn)證非常關(guān)鍵的一種輔助驗(yàn)證手段，換而言之，參數(shù)測(cè)試更加系統(tǒng)和全面的支撐了NorFlsah的功能驗(yàn)證。

2 NorFlash功能驗(yàn)證系統(tǒng)測(cè)試流程

本系統(tǒng)的驗(yàn)證流程設(shè)計(jì)如圖2所示：上位機(jī)通過(guò)RS485總線給測(cè)試母板核心CPU下發(fā)測(cè)試指令，母板接收到測(cè)試指令后啟動(dòng)測(cè)試流程，整體NorFlash驗(yàn)證流程包含：功能驗(yàn)證與參數(shù)測(cè)試。

圖2 NorFlash 驗(yàn)證流程

其中，對(duì)于NorFlash 功能驗(yàn)證，首先要完成FSMC拓展接口的配置，其核心為STM32F407IGT6調(diào)用內(nèi)置的FSMC拓展接口，F(xiàn)SMC內(nèi)部有3個(gè)控制寄存器，配置FSMC_BCR控制寄存器完成NorFlash 類(lèi)型選擇、數(shù)據(jù)線寬度以及寫(xiě)使能操作；FMC_BTR讀時(shí)序寄存器用來(lái)控制與讀操作相關(guān)的時(shí)序，如數(shù)據(jù)保持、地址保持等時(shí)序；FMC_BWTR寫(xiě)時(shí)序寄存器用來(lái)控制與數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)器相關(guān)的時(shí)序。對(duì)于被測(cè)芯片的功能測(cè)試輸入激勵(lì)形式，默認(rèn)情況下功能測(cè)試采用FSMC接口，無(wú)需額外的外部輸入激勵(lì)即可完成功能測(cè)試。當(dāng)需要特殊的外部激勵(lì)，例如，目前大部分存儲(chǔ)器芯片均具有高電壓擦除功能，如需要驗(yàn)證該 功能，則需要特定引腳施加規(guī)定電壓才能完成，基于以上特征，可對(duì)該引腳設(shè)定外部高精度臺(tái)式電源作為輸入激勵(lì)源，完成程控配置后，點(diǎn)擊測(cè)試按鈕，系統(tǒng)將自動(dòng)開(kāi)始執(zhí)行測(cè)試流程。與傳統(tǒng)ATE機(jī)臺(tái)相比，通過(guò)CPU內(nèi)部的FSMC配置，可以省去對(duì)pinmap文件、level文件、timing文件、pattern文件、testflow文件的編寫(xiě)工作，提高測(cè)試開(kāi)發(fā)效率。

然后，上位機(jī)軟件通過(guò)RS485傳輸線下發(fā)控制指令，CPU接收到指令后調(diào)用FSMC拓展接口，F(xiàn)SMC內(nèi)部根據(jù)芯片種類(lèi)動(dòng)態(tài)調(diào)整地址、數(shù)據(jù)和時(shí)序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試操作，完成包括全0(0x00)、全1(0xFF)、棋盤(pán)(0x55)、反棋盤(pán)(0xAA)、片擦除、扇區(qū)擦除等測(cè)試圖形的向量輸入以及對(duì)應(yīng)測(cè)試圖形的數(shù)據(jù)讀取，完成對(duì)NorFlash全地址覆蓋的讀寫(xiě)操作；在完成功能驗(yàn)證后進(jìn)行參數(shù)測(cè)試，參數(shù)測(cè)試包含直流參數(shù)測(cè)試與交流參數(shù)測(cè)試，對(duì)于直流參數(shù)，CPU將控制輸入輸出繼電器對(duì)DUT的對(duì)應(yīng)通道的打開(kāi)或關(guān)閉，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)DUT的串、并行測(cè)試。根據(jù)不同器件的輸入激勵(lì)需求，CPU可以選擇單片機(jī)激勵(lì)源、高精度臺(tái)式電源、波形產(chǎn)生電路為器件的輸入激勵(lì)源。CPU可以通過(guò)切換高速繼電器選擇使用TTL協(xié)議調(diào)用波形生成單元，產(chǎn)生供DUT使用的激勵(lì)信號(hào)或者使用type-B接口利用VISA協(xié)議調(diào)用示波器或臺(tái)式電源產(chǎn)生激勵(lì)。

完成合適的激勵(lì)源施加后，根據(jù)不同芯片的測(cè)試需求，可以進(jìn)行包括高精度臺(tái)式電源、高精度AD采樣電路和高性能外部示波器3種輸出測(cè)試源的選擇。若不用PPMU功能，采用CPU利用SPI協(xié)議調(diào)用AD7606模塊或者通過(guò)type-B接口利用VISA協(xié)議調(diào)用數(shù)字萬(wàn)用表實(shí)現(xiàn)對(duì)直流參數(shù)的測(cè)量；使用PPMU功能，利用type-B接口利用VISA協(xié)議調(diào)用臺(tái)式電源，實(shí)現(xiàn)對(duì)DUT的四象限測(cè)試；CPU將測(cè)量完成后的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過(guò)RS485接口，將數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理。

當(dāng)測(cè)試開(kāi)始后，一旦有測(cè)試數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)軟件后，數(shù)據(jù)就會(huì)被上位機(jī)軟件進(jìn)行處理，按照指定的數(shù)據(jù)解碼協(xié)議(MODBUS協(xié)議)進(jìn)行解碼，然后將測(cè)試數(shù)據(jù)在上位機(jī)界面顯示出來(lái)，同時(shí)，由于對(duì)測(cè)試參數(shù)進(jìn)行了閾值設(shè)定，若采集的數(shù)據(jù)在設(shè)定的閾值范圍內(nèi)，則會(huì)出現(xiàn)“PASS”標(biāo)志，測(cè)試程序按照順序繼續(xù)執(zhí)行；反之，若測(cè)試數(shù)據(jù)沒(méi)有達(dá)到關(guān)鍵閾值，則會(huì)出現(xiàn)“FAIL”標(biāo)志。以此來(lái)完成對(duì)器件邏輯功能的驗(yàn)證，比如：對(duì)于NorFlash存儲(chǔ)器，寫(xiě)入全0功能測(cè)試時(shí)，當(dāng)讀取的低電平信號(hào)在VOL的閾值范圍內(nèi)時(shí)，將會(huì)輸出“PASS”，反之，則會(huì)出現(xiàn)“FAIL”。與此同理，其他參數(shù)的測(cè)試也是同樣的判斷機(jī)制和處理模式。因此，此系統(tǒng)可以很好地完成待測(cè)器件的功能驗(yàn)證以及交、直流參數(shù)測(cè)試，測(cè)試精度能夠達(dá)到小數(shù)點(diǎn)后4位。并且所有的測(cè)試數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)的波形顯示，用于分析整個(gè)測(cè)試周期內(nèi)測(cè)試數(shù)據(jù)的波動(dòng)情況，極大的提高了對(duì)器件的性能分析。測(cè)試數(shù)據(jù)都能以專(zhuān)業(yè)的格式生成EXCEL表格導(dǎo)出。

3 NorFlash功能驗(yàn)證系統(tǒng)測(cè)試試驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析

3.1 S29GL系列功能驗(yàn)證

本文選用S29GL系列芯片作為測(cè)試對(duì)象，具體選型為：S29GL128P10TFI101、S29GL256P10TFI101、S29GL512P10TFI102、S29GL01G13TFI102容量分別為16 MB、32 MB、64 MB、128 MB。測(cè)試系統(tǒng)搭建如圖3所示，上位機(jī)軟件通過(guò)USB轉(zhuǎn)RS485連接線與NorFlash 功能驗(yàn)證裝置進(jìn)行硬件連接，通過(guò)USB轉(zhuǎn)type-B連接線與示波器、高精度臺(tái)式電源進(jìn)行連接。

圖3 NorFlash功能驗(yàn)證系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)物圖

從圖2可知，對(duì)于S29GL芯片系列來(lái)說(shuō)，功能驗(yàn)證包括：讀、寫(xiě)、擦除三部分，具體的功能設(shè)置項(xiàng)涵蓋：讀ID、讀全1、寫(xiě)全0、讀全0、片擦除、寫(xiě)棋盤(pán)、讀棋盤(pán)等功能。

圖4為S29GL128P芯片的功能測(cè)試截圖，展示了讀取設(shè)備ID、讀取芯片及制造商ID、讀取前128個(gè)扇區(qū)數(shù)據(jù)功能。

圖4 讀制造商ID和設(shè)備ID

傳統(tǒng)ATE機(jī)臺(tái)對(duì)于NorFlash存儲(chǔ)器的功能測(cè)試而言，由于需要對(duì)其大量的指令重復(fù)進(jìn)行編寫(xiě)，重復(fù)進(jìn)行讀取，使得單片測(cè)試時(shí)間幾乎都在30～40分鐘。由于FSMC內(nèi)部集成對(duì)NorFlash讀、寫(xiě)操作不同的時(shí)序控制寄存器無(wú)需重復(fù)編寫(xiě)指令、時(shí)序文件，由圖5～6可以看出，向前128個(gè)扇區(qū)編程得時(shí)間為44 103毫秒，約等于0.74分鐘，并且在上位機(jī)軟件窗口能夠打印出讀取編程的數(shù)據(jù)，以驗(yàn)證是否編寫(xiě)成功。

圖5 向指定扇區(qū)編程

圖6為整片芯片擦除，由圖6可以看到，由于系統(tǒng)內(nèi)部集成MATCH算法，可以實(shí)時(shí)的對(duì)芯片的BUSY輸出信號(hào)進(jìn)行判斷，能夠及時(shí)的控制擦除操作，因此整片擦除時(shí)間為105 614毫秒，約等于1.8分鐘，使用傳統(tǒng)ATE機(jī)臺(tái)測(cè)試，無(wú)法實(shí)時(shí)對(duì)擦除時(shí)間進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，其整片擦除約為3～4分鐘。擦除完成后再向芯片讀取數(shù)據(jù)，以驗(yàn)證是否擦寫(xiě)完成。

圖6 整片擦除

對(duì)于存儲(chǔ)器功能驗(yàn)證而言，相較于ATE機(jī)臺(tái)，本系統(tǒng)通過(guò)使用FSMC技術(shù)，減少了對(duì)于數(shù)據(jù)的寫(xiě)入和讀取時(shí)大量重復(fù)的指令輸入，減小芯片功能驗(yàn)證的時(shí)間，由原來(lái)的ATE機(jī)臺(tái)單片測(cè)試30～40分鐘降低為10分鐘以?xún)?nèi)，極大的縮小了測(cè)試等待時(shí)間；同時(shí)，本系統(tǒng)內(nèi)部測(cè)試算法MATCH則將原來(lái)的ATE機(jī)臺(tái)片擦除時(shí)間由3～4分鐘降低至1.8分鐘。

3.2 關(guān)鍵參數(shù)測(cè)試分析

選取VOL、VOH、VIL、VIH、ICC1、ICC4、tACC作為芯片關(guān)鍵測(cè)試驗(yàn)證參數(shù)，直流參數(shù)每個(gè)容量選取3個(gè)器件，取平均后進(jìn)行分析比對(duì)。交流參數(shù)器件后綴不同，器件的讀寫(xiě)速度不同，因此交流參數(shù)為同容量3個(gè)器件互相對(duì)比分析。其中，VOH、VOL為器件的輸出高、低電平，可以檢測(cè)器件在指定電流條件下輸出電壓的能力，VIH、VIL為器件的輸入高、低電平，用于判斷芯片輸入高電平和低電平的最低限制數(shù)值，ICC1、ICC4為器件的工作電流(動(dòng)態(tài)電流)和靜態(tài)電流，反應(yīng)器件在工作和不工作情況下的功耗，tACC為器件地址到輸出延遲時(shí)間。

3.2.1 VOL測(cè)試

測(cè)試條件為：選取VIO=VCC =3.0 V，IOL = 100 μA。

3.2.2 VOH測(cè)試

測(cè)試條件為：選取VIO=VCC =3.0 V，IOH=-100 μA。

3.2.3 VIL測(cè)試

選取VIO=VCC=3.0 V，根據(jù)測(cè)試原理，測(cè)試參數(shù)應(yīng)該具有覆蓋性，當(dāng)測(cè)量VIL值時(shí)，應(yīng)該選取手冊(cè)規(guī)定值的最大值作為測(cè)試卡限的最小值。

根據(jù)測(cè)試規(guī)范VIH和VIL測(cè)試值的卡限應(yīng)該在VIH的最小值與VIL的最大值之間，四型待測(cè)芯片測(cè)試得到的實(shí)際VIL的數(shù)據(jù)符合芯片手冊(cè)的參數(shù)卡限值，說(shuō)明該系統(tǒng)方案對(duì)VIL的測(cè)試符合測(cè)試規(guī)范。

3.2.4 VIH測(cè)試

選取VIO=VCC=3.0 V，根據(jù)測(cè)試原理，測(cè)試參數(shù)應(yīng)該具有覆蓋性，當(dāng)測(cè)量VIH值時(shí)，應(yīng)該選取手冊(cè)規(guī)定值的最小值作為測(cè)試卡限的最大值。

四型待測(cè)芯片測(cè)試得到的實(shí)際VIH的數(shù)據(jù)符合芯片手冊(cè)的參數(shù)卡限值，說(shuō)明該系統(tǒng)方案對(duì)VIH的測(cè)試符合測(cè)試規(guī)范。

此處對(duì)VIH和VIL的測(cè)試是通過(guò)采集VOH和VOL的值進(jìn)行判斷的，具體過(guò)程為：以VIH測(cè)試為例，通過(guò)編寫(xiě)一個(gè)FOR循環(huán)，設(shè)置一個(gè)VIH的起始值，然后按照一定的步長(zhǎng)動(dòng)態(tài)增加VIH的數(shù)值，然后判斷VOH的數(shù)值是否符合高電平的卡限值，F(xiàn)OR循環(huán)起始執(zhí)行過(guò)程使得輸出為低電平，當(dāng)VIH的數(shù)值到達(dá)一定值后，芯片輸出VOH符合高電平的數(shù)值，此時(shí)的VIH的值即為測(cè)試值，提取此時(shí)輸入高電平的值VIH，然后上位機(jī)判斷此時(shí)的VIH是否在芯片手冊(cè)規(guī)定的卡限內(nèi)，如果在那么此時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)正確，反之不正確。同理，VIL的測(cè)試過(guò)程與VIH相反，本文不再贅述。

3.2.5 ICC1測(cè)試條件為：CE#=VIL，OE#=VIH，VCC=3.6 V

由表7可知，四型被測(cè)芯片的工作電流ICC1隨著工作頻率的增加而增加，各系列的ICC1均在器件手冊(cè)給的典型值上下浮動(dòng)?？傮w而言，四片待測(cè)芯片測(cè)試得到的實(shí)際ICC1的數(shù)據(jù)符合芯片手冊(cè)的參數(shù)卡限值，說(shuō)明該系統(tǒng)方案對(duì)工作電流ICC1的測(cè)試符合測(cè)試規(guī)范。

表7 ICC1測(cè)試結(jié)果

此處，被測(cè)器件的動(dòng)態(tài)電流測(cè)試過(guò)程中，一直會(huì)持續(xù)給芯片的地址進(jìn)行賦值操作，會(huì)持續(xù)對(duì)數(shù)據(jù)引腳進(jìn)行輸出電平判斷工作，既讓“測(cè)試向量”持續(xù)運(yùn)行，其目的在于是芯片處于工作狀態(tài)，進(jìn)而讓測(cè)試的電流為工作電流。

3.2.6 ICC4

測(cè)試條件為：CE#、RESET#=3.6 V±0.3 V，OE#=VIH，VCC=3.6 V，VIL=VSS+0.3 V/-0.1 V。

由表8可知，四型待測(cè)芯片測(cè)試得到的實(shí)際靜態(tài)電流ICC4的數(shù)據(jù)符合芯片手冊(cè)的參數(shù)卡限值，說(shuō)明該系統(tǒng)方案對(duì)靜態(tài)電流ICC4的測(cè)試符合測(cè)試規(guī)范。

表8 ICC4測(cè)試結(jié)果

此處，被測(cè)器件的靜態(tài)電流測(cè)試過(guò)程中，不會(huì)持續(xù)給芯片的地址進(jìn)行賦值操作，不會(huì)持續(xù)對(duì)數(shù)據(jù)引腳進(jìn)行輸出電平判斷工作，既讓“測(cè)試向量”持續(xù)不運(yùn)行，其目的在于是芯片處于非工作狀態(tài)，進(jìn)而讓測(cè)試的電流為靜態(tài)電流。

3.2.7 tACC

S29GL128P10TFI01：將三片器件分別命名為A-S29GL128P10TFI01、B-S29GL128P10-TFI01、C-S29GL128P10TFI01。測(cè)試條件為VIO = VCC = 3.0 V。

S29GL256P10TFI01：將三片器件分別命名為：A- S29GL256P10TFI01、B- S29GL256P10TFI01、C-S29GL256 P10TFI01。測(cè)試條件為VIO = VCC = 3.0 V。

S29GL512P11TFI02：將三片器件分別命名為A- S29GL512P11TFI02、B- S29GL512P11TF -I02、C- S29GL256P -11TFI02。測(cè)試條件為VIO = VCC = 3.0 V。

S29GL01GP13TFI02：將三片器件分別命名為A- S29GL01GP13TFI02、B- S29GL01GP -13TFI02、C-S29GL01GP13TFI02。測(cè)試條件為VIO = VCC = 3.0 V。

由表9、表10、表11、表12可知，四型待測(cè)芯片測(cè)試得到的地址到輸出延遲時(shí)間tACC的數(shù)據(jù)符合芯片手冊(cè)的參數(shù)卡限值，說(shuō)明該系統(tǒng)方案對(duì)地址到輸出延遲時(shí)間tACC的測(cè)試符合測(cè)試規(guī)范。

表9 S29GL128P系列tACC測(cè)試結(jié)果

表10 S29GL256P系列tACC測(cè)試結(jié)果

表11 S29GL512P系列tACC測(cè)試結(jié)果

表12 S29GL01GP系列tACC測(cè)試結(jié)果

3.2.8 片擦除

由表13可知將每個(gè)容量3片芯片片擦除后取平均，最終測(cè)試值均略高于典型值，遠(yuǎn)小于最大值，符合測(cè)試規(guī)范。

表13 片擦除測(cè)試結(jié)果

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了基于STM32F407IGT6作為核心主控采用FSMC拓展技術(shù)實(shí)現(xiàn)NorFlash全地址動(dòng)態(tài)訪問(wèn)、時(shí)序靈活配置、向量自動(dòng)生成進(jìn)而完成功能驗(yàn)證的全過(guò)程，解決了基于傳統(tǒng)ATE機(jī)臺(tái)存在的測(cè)試機(jī)臺(tái)向量深度不足、全地址存儲(chǔ)空間覆蓋困難、測(cè)試時(shí)序編寫(xiě)復(fù)雜的問(wèn)題，同時(shí)也增加相應(yīng)的外接源表程控方法可實(shí)現(xiàn)部分交直流參數(shù)測(cè)試，該系統(tǒng)邏輯功能判斷準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)采集高效且精準(zhǔn)，測(cè)試系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單。

并對(duì)S29GL系列不同容量的芯片進(jìn)行讀、寫(xiě)、擦除等全功能驗(yàn)證，完成VOL、VOH、VIL、VIH、tACC等交直流參數(shù)測(cè)試，完成片擦除工作，驗(yàn)證了NorFlash功能驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性，為閃存存儲(chǔ)器測(cè)試與驗(yàn)證提供一種新的經(jīng)濟(jì)、高效、可定制的測(cè)試方案。