[發明專利]一種SRAM型FPGA應用驗證系統及應用驗證方法

有效

• 申請號: 201210355327.1
• 申請日: 2012-09-21
• 公開（公告）號: CN102890234A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 陳少磊;王文炎;張洪偉;張磊;孫明;江理東
• 申請（專利權）人: 中國空間技術研究院
• 主分類號: G01R31/317
• 分類號: G01R31/317;G01R31/3181
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

1.一種SRAM型FPGA應用驗證系統，其特征在于包括PC機、單片機、控制FPGA、可控時鐘單元、可控電源單元、溫度數據采集單元、電壓電流數據采集單元和被測FPGA配置單元；

PC機根據預設的被測FPGA配置文件，通過被測FPGA配置單元對被測FPGA芯片進行配置，PC機還發送控制指令給單片機，經過單片機轉換格式之后送入控制FPGA之中，控制FPGA根據接收到的控制指令對被測FPGA芯片的工作條件進行調整，即：控制FPGA通過可控時鐘單元調整被測FPGA芯片的時鐘輸入以及控制FPGA通過可控電源單元調整被測FPGA芯片的供電電壓；所述被測FPGA芯片為SRAM型FPGA；

控制FPGA直接采集被測FPGA芯片的I/O輸出信號，溫度數據采集單元采集被測FPGA芯片的表面溫度并且輸出給控制FPGA，電壓電流數據采集單元采集被測FPGA芯片的輸出驅動電壓、內核電壓、輸出驅動電流和內核電流，并且將結果輸出到控制FPGA之中，控制FPGA將采集到的被測FPGA芯片的I/O輸出、表面溫度數據、輸出驅動電壓、內核電壓、輸出驅動電流和內核電流通過單片機發送給PC機進行顯示。

2.根據權利要求1所述的一種SRAM型FPGA應用驗證系統，其特征在于包括：所述溫度數據采集單元是通過熱電偶采集被測FPGA芯片的表面溫度。

3.一種基于權利要求1的SRAM型FPGA應用驗證方法，其特征在于：所述SRAM型FPGA應用驗證方法包括基本功能應用驗證、電源適應性應用驗證、表面溫度動態應用驗證和動態功耗應用驗證；

基本功能應用驗證步驟如下：

(a)對被測FPGA芯片的內部單元設置其配置文件，并根據配置文件預估在該配置文件下的被測FPGA芯片的I/O輸出；所述內部單元包括輸入輸出單元IOB、可編程邏輯模塊CLB、時鐘單元DLL和嵌入式功能模塊BRAM；

(b)PC機根據步驟(a)中預設的被測FPGA配置文件，通過被測FPGA配置單元對被測FPGA芯片進行配置，之后所述SRAM型FPGA應用驗證系統對被測FPGA芯片進行測試，采集被測FPGA芯片的I/O輸出并送至PC機中；

(c)比較每一個配置文件下的實測的I/O輸出結果和其相應的預估I/O輸出，如果均相同，則表明被測FPGA芯片的基本功能正常，否則，表明被測FPGA芯片的基本功能存在問題；

電源適應性應用驗證的步驟如下：

(1)在被測FPGA芯片的工作電壓范圍內選取內核電壓Vccint和輸出驅動電壓Vcco，通過可控電源單元對被測FPGA芯片進行供電；

(2)PC機通過被測FPGA配置單元將被測FPGA芯片配置為計數器邏輯；

(3)保持被測FPGA芯片在運行狀態下，不改變輸出驅動電壓Vcco的值，將內核電壓Vccint每次減小0.1V，直至內核電壓供電不足導致計數器輸出錯誤；

(4)記錄上一次的內核電壓Vccint的電壓值，即為被測FPGA芯片的最小內核工作電壓；

(5)重新執行步驟(1)和(2)；

(6)保持被測FPGA芯片在運行狀態下，不改變輸出驅動電壓Vcco的值，將內核電壓Vccint每次增大0.1V，直至內核電壓供電過大導致計數器輸出錯誤；

(7)記錄上一次的內核電壓Vccint的電壓值，即為被測FPGA芯片的最大內核工作電壓；

(8)重新執行步驟(1)和(2)；

(9)保持被測FPGA芯片在運行狀態下，不改變輸出驅動電壓Vcco的值，將內核電壓Vccint每次減小0.1V，直至計數器功能失效；

(10)記錄上一次的內核電壓Vccint的電壓值，即為被測FPGA芯片的最小數據保持電壓；

(11)將步驟(2)中所述計數器邏輯寫入到被測FPGA配置單元中；

(12)在被測FPGA芯片的工作電壓范圍內選取內核電壓Vccint和輸出驅動電壓Vcco的值；

(13)令輸出驅動電壓Vcco的上電斜率保持不變，內核電壓Vccint的上電斜率設置為0.1V/50ms；

(14)為被測FPGA芯片加載步驟(12)和(13)條件下的供電電壓，檢測被測FPGA芯片的計數器邏輯輸出是否正常以及被測FPGA芯片的上電電流是否超過2A，如果被測FPGA芯片的計數器邏輯輸出正常并且被測FPGA芯片的上電電流未超過2A，則認為被測FPGA芯片的最小上電電壓斜率為0.1V/50ms，否則，令內核電壓Vccint的上電斜率在0.1V/50ms的基礎上，每次遞增0.2V/50ms，直至滿足被測FPGA芯片的計數器邏輯輸出正常并且被測FPGA芯片的上電電流未超過2A的條件，即為被測FPGA芯片的最小上電電壓斜率；

(15)令輸出驅動電壓Vcco的上電斜率保持不變，內核電壓Vccint的上電斜率設置為10V/50ms；

(16)為被測FPGA芯片加載步驟(12)和(15)條件下的供電電壓，檢測被測FPGA芯片的計數器邏輯輸出是否正常以及被測FPGA芯片的上電電流是否超過2A，如果被測FPGA芯片的計數器邏輯輸出正常并且被測FPGA芯片的上電電流未超過2A，則認為被測FPGA芯片的最大上電電壓斜率為10V/50ms，否則，今內核電壓Vccint的上電斜率在10V/50ms的基礎上，每次遞減0.2V/50ms，直至滿足被測FPGA芯片的計數器邏輯輸出正常并且被測FPGA芯片的上電電流未超過2A的條件，即為被測FPGA芯片的最大上電電壓斜率；

表面溫度動態應用驗證步驟如下：

(T1)考慮被測FPGA芯片的IO占用率、資源利用率和工作頻率三種因素，設計三種配置文件；

(T2)根據步驟(T1)中的配置文件，PC機通過被測FPGA配置單元為被測FPGA芯片逐一加載配置文件；

(T3)使用溫度數據采集單元采集被測FPGA芯片的表面溫度，并記錄數據；

(T4)根據數據得出被測FPGA芯片表面溫度與其IO占用率、資源利用率及工作頻率之間的關系曲線；

動態功耗應用驗證步驟如下：

(M1)考慮被測FPGA芯片的IO占用率、資源利用率和工作頻率三種因素，設計三種配置文件；

(M2)根據步驟(M1)中的配置文件，PC機通過被測FPGA配置單元為被測FPGA芯片逐一加載配置文件；

(M3)使用電壓與電流數據采集單元采集被測FPGA芯片的內核電壓Vccint、內核電流Iccint、輸出驅動電壓Vcco和輸出驅動電流Icco的值，記錄數據并計算被測FPGA芯片的總功耗；

(M4)根據數據得出被測FPGA芯片總功耗與其IO占用率、資源利用率及工作頻率之間的關系曲線。