1.Tessent ATPG流程

1.1 ATPG基本概念

　　ATPG：

• • Auto-Test-pattern-Generation：自动化测试向量生成
  • 基于故障或者电路结构，而非功能
  • 生成向量集合
  • 基于布尔逻辑运算的算法，将测试向量输入待测芯片，再对比芯片期望输出
  • ATPG算法：工具首先会使用各种随机的测试向量检测容易检测的故障，难测的故障需要敏化路径的方式，分析故障前后逻辑，就算出测试电路，使得故障向后传播到可以观测的点
  • D算法、布尔差分算法

　　ATPG核心流程：

• • 建立故障模型：根据读入的电路设计，建立故障模型；
  • 选择故障：选择单一故障，并选择对应的算法
  • 激活故障：激活，分析故障点前后的逻辑追，确认将那些控制点置于某种状态才可激活该故障，并将该故障可传递到后面的某些观测点
  • 生成向量
  • 模拟故障：对向量进行模拟验证
  • 移出故障：将故障从故障库中移出，然后故障库更新重新迭代

 　　ATPG工具：

• • Synopsys：TetraMax
  • Mentor：Tessent Fastscan/TestKompress
  • Cadence：Encounter Test/Modus
  • 衡量工具实用度：故障测试覆盖率、生成测试向量大小、测试生成时间、占用机器的内存空间、工具使用难易程度

2. ATPG流程

2.1 Tessent ATPG工具流程

输入文件：

• 扫描网表：做完DFT的扫描网表
• 库文件
• DO文件
• Test Proc文件

大致流程

•  工具配置
• 读入网表、库文件、DO文件、Test Proc文件
• DFT设计规则检查
• 配置ATPG：选择故障库
• 产生测试向量：根据设计规模，设计规模越大时间越长
• 保存测试向量

具体流程

• • 工具配置：set_context patterns -scan
  • 读入扫描网表和库文件：read_verilog xxx.scan.v、read_cell_library all_cells.atpg、set_current_design
  • 读入DO/TestProc文件：DO文件包含扫描链信息、配置管脚信息及初始化等，DO文件中会指定TestProc
    • 指定测试初始化时InPUT值
    • 指定clock，reset信号
    • 指定扫描链
    • 读入TestProc
    • dofile atpg.dofile
  • 规则检查：
    • 时钟规则的检查
    • 扫描链检查：可否追溯，数据是否稳定
    • 网表检查：线，端口，门（是否有三态门、驱动竞争等）
    • check_design_rules
    • report violation
  • 配置ATPG（重复）：
    • 指定故障类型
    • set_fault_type：指定测试故障集
    • set_fault_sampling：针对特性fault产生测试向量（也可用于早期测试覆盖率的考量）
    • add_fault：手动对instance、Port、module进行操作
    • add_nofault：手动对instance、Port、module进行操作
    • 生成测试故障集，根据测试目的的不同，设置不同的type
  • 产生测试向量（重复）
    • create_pattern
    • report_statistics：覆盖率、runtime、工具内部的故障分类
  • 保存测试向量（重复）
    • 向量的格式：
      • ASCII或者二进制：重用或者诊断
      • Verilog：后续仿真
      • WGL/STIL：ATE使用的格式
    • 串行、并行向量；扫描链测试向量
    • write_patterns

3.ATPG库文件和DOFILE文件

 3.1 库文件

         库文件方便tessent工具对基本单元进行建模，定义了底层门级单元的功能模型，例如，定义底层单元的输入输出等，并对单元的模型和用途进行一定说明。

         类似于Verilog。同时，对于DFF和SDFF单元可以通过库文件知道两者对应关系，方便做scan insertion时将nonScanDFF替换成ScanDFF（非扫描寄存器和扫描寄存器的映射关系）。

 3.1.1 获取途径

• 一般从工艺厂商直接获取；
• 可以从Verilog模型转换为ATPG库文件，通过libcomp（mentor）工具进行转换；

3.2 Do文件（相当于控制工具如何生成ATPG）

• 包含扫描链的基本信息（扫描链条数，扫描链名称，扫描链input）；
• 包含用户配置的信息，如PI的设置等；
• 包含时钟，复位等定义；
• 输入管脚的自定义初始化值，例如Scan_enable、jtag_sel；

         其中，add_scan_group scan_group1 scan_group1.testproc这个命令定义了scan_group，同时指定scan_group对应的testproc文件是哪个；

4.ATPG TestProc文件

 TestProc文件定义测试时的操作，包括：

• TimePlates：定义测试时钟周期
• Test_Setup：定义PI（输入管脚）的初始化值
• Load_Unload/Shift：定义扫描向量在扫描链上的移入移出操作；
• Capture：定义扫描向量移入后的捕获操作；

4.1 TimePlates

•  定义测试时钟的周期；
• 一个testproc里可以定义若干个timeplates；

4.2 test_setup

•  定义测试时的初始化序列；
• 用于设置Load/unload操作时设置非扫描单元的状态；

4.3 Shift

•  定义扫描数据移入移出扫描链的单次操作；
• force scan_in的输入值，measure scna_out的输出值；

4.4 Load_unload

•  定义扫描数据移入移出扫描链的操作；
• 其中，apply shift 100表示执行shift操作100次；
• apply shift N，其中N表示最长扫描链长度；

4.4 capture

•  定义scan_en为0时的捕获操作；

5.测试覆盖率的计算

 5.1 测试覆盖率（Test Coverage）

• 工具可以生成向量进行检测的故障与总的可测故障的百分比；
• test_coverage = （DT + PD*posdet_credit）/TE。DT ：Detected Fault，PD：Possible Detect Fault，posdet_credit：小数，一般是可能被检查的故障影响因素，TE：Testable Fault总的可以被测试到的故障；
• 另外一种表达式，Test Coverrage = （DT + PT *posdet_credit）/（all faults - （UD +AU*au_credit））
• posdet_credit = 50% by default 

5.2 故障覆盖率（Fault Coverage）

• 工具可以生成向量进行检测的故障数与总的故障数的百分比；
• fault_coverage = （DT + PD*posdet_credit）/FU
• 另一种表达式，（DT + PT*posdet_credit）/all faults
• au_credit = 0% by default
• 所以，在report_summaries报告中，一般看到test coverag比fault coverage稍微高一些，但在实际项目中，两者应该十分接近；

       【问题】上述的UD、AU、au_credit分别指的什么？

5.3 Fault Class故障类型

5.3.1 FU FULL：Fault Universe，从生成测试向量角度

• 通过add_fault指定的故障集合；
• 通过add_nofaults把某些模块的故障踢出故障集合；
• 通过set_fault_sampling指定多少百分比的故障被纳入集合；

5.3.2 DI：Detect By Implication

• 测试路径上的故障称为DI，包括扫描链，测试时钟，扫描使能等；
• 可以用扫描链向量检测；
• 该故障不需要手动处理，工具在write扫描链pattern时会自动生成扫描链本身的测试向量；

5.3.3 DS：Detect By Simulation

• 指ATPG工具在做故障演练时可以被观测到的故障（Good Result正确结果 VS Faulty Result错误结果）

5.3.4 DT：Total Detected Faults

• DT = DS + DI
• 最终测试向量所要覆盖的故障；

5.3.5 Possible Detected Faults

• ATPG工具在做故障演练时发现的可能可以被观测故障
分为，posdet可理解为possibleDetected缩写：
• PT：Posdet-detectable
• PU：Posdet-undetectable
• 可以用set_possible_credit指定posdet的权重，通常为50%

5.3.6 AU：ATPG untestable

• ATPG工具无法找到相应的测试向量去测试这些故障，包括：
  • UU：Unused，未被使用的端口；
  • TI：Tied，故障点被用户接为常值（并非stuck-at故障）
  • BL：Blocked，故障点被其他端口阻塞；
  • RE：Redundant，冗余的逻辑设计；

• 通常是因为：
  • 黑盒或者接0/1的逻辑阻止其他逻辑被测试；
  • 非扫描单元和clock sequential depth不够；

5.3.7 UC&UO

• UC：Uncontrollable，无法设置电路状态来激活这个故障；
• UO：Unobservable，故障无法传递到后面的可观测点
• 在做ATPG之前，覆盖率报告会把所偶的testable faults归为UC；
• 在做ATPG后，某一个故障同时是UC和UO的话，归为UC；
• 设置ATPG abort limit导致的UC，UO，称为ATPG Abort：AAB；
• 所谓abort limit是指用户在ATPG生成设置后添加的限制条件，例如pattern、runtime等，不满足这些条件时工具就认为这些故障无法产生测试向量，其实用户只需更改限制条件，就可以生成对应故障的测试向量；

5.3.8 Coverage Report例子

•  Fault_type：Stuck-At
• atpg_effectiveness：ATPG效率百分比 = （DT + PD*posdet_credit + （UC+UO但不包含AAB故障））/FU，体现工具在各种限制下的效率；
• basic_patterns：基于扫描链的测试向量个数；
• clock_sequential_patterns：非扫描单元产生的故障。例如，三个寄存器中，前后两个寄存器串在扫描链上，中间寄存器不在链上，如果要检测中间寄存器，就需要使用两个Capture时钟，第一个时钟将前SDFF的状态传递给中间DFF的PPIN，初始化状态，第二个Capture时钟才能将中间寄存器的状态传递给后SDFF进行捕获输出。对于这种未串在扫描链上的单元，工具可以设置检测深度，在深度内的DFF都可以采用这种方式检测，但是超过工具设置的deepth后，这种未串链的单元就不会产生测试向量，将其归为AAB；

6.实训