基于软件测试技术的FPGA测试研究

摘 要： 基于对FPGA系统失效机理的深入分析, 提出了软件测试技术在FPGA测试中的应用, 并分析了其可行性; 通过对比FPGA与软件系统的异同, 归纳出FPGA特有的测试要求，从而在软件测试技术的基础上针对FPGA的特点进行改进, 形成了一套实用的FPGA测试方法。
关键词： 现场可编程门阵列；软件测试；硬件描述语言

现场可编程门阵列（FPGA）的出现大大压缩了电子产品研发的周期和成本，由于FPGA器件具有高密度、低功耗、高速、高可靠性等优点，在航空、航天、通信、工业控制等方面得到了大量应用。随着FPGA应用领域的扩展以及重要性和复杂程度的提高，其可靠性问题变得越来越突出，因此对FPGA系统的测试需求变得尤为迫切。
目前FPGA测试技术的研究主要集中于对FPGA芯片资源的测试，通过编程覆盖FPGA所有的逻辑资源[1，2]和连接资源[3]，验证每个单元基本逻辑功能的正确性，而无法对电路的整体行为进行有效的验证。硬件描述语言(HDL)是FPGA电路设计的主要实现方式，和软件一样，HDL也是人脑思维的逻辑产物，同样存在着不希望或不可接受的人为错误。随着设计复杂程度的提高，由HDL引入的缺陷成为影响FPGA可靠运行的关键因素，对FPGA电路行为的测试成为提高系统质量和可靠性的重要环节。
MIN Y.H.提出了在FPGA系统中进行高层测试的必要性[4]。高层测试即任何高于门级的测试，考虑的是高层描述，如HDL、状态图、功能块图等，通过高层测试发现设计中的缺陷，并在系统的开发阶段充分考虑测试需求，指导系统设计。以此为基础，先后提出了一系列具体的实施方法，如层次化的测试方法、基于电路功能或结构的测试方法、基于模拟的测试方法等。
1 研究背景
1.1 软件测试技术概述
在IEEE的软件工程标准术语中，软件测试定义为使用人工和自动手段来运行或测试某个系统的过程，其目的在于检验它是否满足规定的需求或找出预期结果与实际结果之间的差别。
&n