多功能存储器芯片的测试系统设计

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本文提出了一种多功能存储器芯片的测试系统硬件设计与实现，对各种数据位宽的多种存储器芯片（SRAM、MRAM、NOR FALSH、NAND FLASH、EEPROM等）进行了详细的结口电路设计（如何挂载到NIOSII的总线上），最终解决了不同数据位宽的多种存储器的同平台测试解决方案，并详细地设计了各结口的硬件实现方法。

引言

随着电子技术的飞速发展，存储器类芯片的品种越来越多，其操作方式完全不一样，因此要测试其中一类存储器类芯片就会有一种专用的存储器芯片测试仪。本文设计的多种存储器芯片测试系统是能够对SRAM、Nand FLASH、Nor FLASH、MRAM、EEPROM等多种存储器芯片进行功能测试，而且每一类又可兼容8位、16位、32位、40位等不同宽度的数据总线，如果针对每一种产品都单独设计一个测试平台，其测试操作的复杂程度是可想而知的。为达到简化测试步骤、减小测试的复杂度、提高测试效率、降低测试成本，特设计一种多功能的存储器类芯片测试系统，实现在同一平台下完成所有上述存储器芯片的方便快捷地测试。

设计原理

此设计方案根据上述各种存储器独自的读写时序访问特性，通过FPGA的灵活编程特性，适当地调整NIOSII的外部总线时序，最终实现基于NIOSII的外部总线访问各种存储器读写时序的精确操作。如图2-1。通过FPGA自定义一个可以挂载所有存储器芯片的总线接口-ABUS，如表1。而且在同一个接口上能够自动识别各种接入的被测试存储器芯片，它们通过类别输入信号（CLAS）来区分,每一种存储器芯片对应一种独特的操作时序。下面是几种存储器芯片的接口连接方式及信号描述。其它的存储器芯片都可以用类似的接法挂载到ABUS总线上，最终完成测试。

图 2?1 NIOSII的总线挂载各类存储器芯片连接示意图

表1：ABUS接口信号说明表

40位NAND FLASH连接设计

如图2-2所示，40位NAND FLASH与NIOSII 通过ABUS(FPGA)桥接,把外部总线的时序完全转换成NAND FLASH的操作时序。40位NAND FLASH芯片品由五个独立的8位NAND FLASH芯片拼接构成。5个8位器件的外部IO口拼接成40位的外部IO口，而各自的控制线（NCLE，NALE，NRE，NWE）连接在一起构成一组控制线（NCLE，NALE，NRE，NWE），片选相互独立引出成NCS0-NCS9,忙信号独立引出为R/B0-R/B9。

如表2，详述了40位NAND FLASH与ABUS的连接关系。

图 2?2 ABUS与40位NAND FLASH接口图

表2，40位NAND FLASH接口连接表

40位SRAM与NIOSII连接

40位SRM模块与NIOSII通过ABUS连接，实现正确的时序读写操作。测试时，一次只测试8位，分5次完成所有空间的测试。如图2-4。表4是详细的信号连接说明。

图 2?4  ABUS与40位SRAM连接

表4，40位SRAM接口连接表

8位SRAM与NIOSII连接

8位SRM模块与NIOSII通过ABUS（FPGA）连接，实现正确的时序读写操作。如图2-5。表5是信号连接说明。

图 2?5  ABUS与8位SRAM连接

8位SRAM与NIOSII连接

8位SRM模块与NIOSII通过ABUS（FPGA）连接，实现正确的时序读写操作。如图2-5。表5是信号连接说明。

图 2?5  ABUS与8位SRAM连接

表5，8位SRAM接口连接表

处理器模块电路

处理器模块电路由FPGA内嵌的NIOSII软核（CPU）、两路RS232通信、一个FLASH芯和一个SRAM芯片组成。CPU是整个系统的核心管理者，向下负责各种存储器芯片的读写测试，向上负责与上位机通信，实现人机交互。通信由其中一个RS232电路完成，另一个RS232电路用来实现系统调试和软件固化。FLASH芯片用来存储程序代码及重要的数据。而SRAM芯片在CPU上电工作以后，通过CPU加载FLASH的程序，最终给CPU的程序代码提供快速的运行环境。

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基于FPGA的ABUS接口模块

ABUS接口模块由FPGA芯片、配置FLASH及数据存储EEPROM芯片构成。ABUS要实现NIOSII的外部总线与多种存储器模块的接口对接，每一种特定的存储器有一个特定的时序逻辑，而每一种时序逻辑可以通过FPGA的硬件代码（IP核）来实现，具体的每一个存储器模块在测试时会给ABUS接口一个固定的类别信号CLAS，ABUS接口根据这个类别信号识别出各种SIP存储器模块，最终切换出正确的对应特定产品的时序逻辑，来完成NIOSII通过外部总线来对存储器芯片的读写测试。而配置FLASH实现FPGA在上电时硬件程序的加载工作及掉电数据保护。EEPROM用来存储一些重要的系统参数。

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SIP存储器测试扩展接口

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存储器测试扩展接口在硬件上由两排双排座构成。一共是120个管脚。ABUS接口与测试扩展接口相连接:40个管脚与双向的数据或I/O线相连、8个管脚与8根信号输入控制线相连、16个管脚与16根片选信号输出线相连、5个管脚与5根类别输入信号相连、16个管脚与16根状态输入信号线相连、27个管脚与27根地址线相连。其它的管脚可分配成电源和地线，以及信号指示等。

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ABUS接口IP核的设计

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每一种SIP存储器对应于一个特定的ABUS接口IP核，以实现正确的时序读写操作。这个IP核有一个统一的接口约定，都是由两个固定的接口构成，其中与NIOSII连接的是外部总线接口，其操作按照NIOSII的外部总线时序规范来实现，另一个接口就是上文提及的ABUS接口，在相应的CLAS信号有效的情况下，它负责把NIOSII的外部总线读写时序转换成对应存储器芯片的时序。IP核的工作就是完成这些读写操作的转换。表5是各种SIP存储器对应的类别信（CLAS）号输入值，在设计接口转接板时要按这个值设定，ABUS才会切换出正确的读写时序。

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随着电子技术的飞速发展，存储器类芯片的品种越来越多，其操作方式完全不一样，因此要测试其中一类存储器类芯片就会有一种专用的存储器芯片测试仪

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