本发明涉及一种航天器用数字硬IP核功能及性能评测方法。
背景技术：
IP核是构成超大规模集成电路的基本单元，SoC甚至可以定义为基于IP核的复用技术。硬IP核是指已经映射到一个指定的工艺中，被投片测试验证，具有在面积和性能方面更能预测的优点，但是灵活性小、可移植性差。将不同供应商的IP集成到一个芯片上会带来很多问题，通常会出现：IP核的接口与系统的总线接口不匹配；使用不同层次的IP导致逻辑和时序的不可预知性、在SoC集成过程中不同IP的成熟度、可靠性水平不一等问题。为了保证宇航IP核的功能、性能、可靠性与复用性，需要对IP核的特征和属性进行测量和评估。
国内已经发布的军用硬IP核评测规范对IP核交付内容进行了规范，提出了IP核的质量要求，考虑了军用IP核高可靠性要求的特点。但是航天器用IP核对于可靠性的要求更高，成熟的IP核除需经过测试验证和应用验证外，还需经总剂量和单粒子等辐射环境适应性试验验证，目前已发布的硬IP核评测规范无法满足宇航应用需求。
申请号为CN201010100256.1，名称为《规范化IP核评测方法和系统》的专利公开了一种规范化IP核评测方法及系统，该方法对于硬核IP，以国家IP核标准为依据，用分值表示硬核交付项的各质量的度量项的重要程度，将所有质量的度量项的评测分值求和，这种方法主要评测的是商用IP核，并不能用于航天器用硬核IP功能及性能评测。
技术实现要素：
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种针对航天器用数字硬IP核的功能及性能评测方法，可解决空间辐射环境和航天器高可靠应用条件下的硬核IP功能及性能评测难题，同时还具有操作简便、评测效率高等特点，提高了评测的可操作性及充分性。
本发明的技术解决方案是：一种航天器用数字硬IP核功能及性能评测方法，包括如下步骤：
(1)获取硬IP核包括全版图寄生电路参数的电路门级网表，然后根据全版图寄生电路参数的电路门级网表构建覆盖硬IP核所有功能的测试向量；
(2)令硬IP核仿真执行步骤(1)得到的所有测试向量获得实际仿真结果，然后获取各个测试向量对应的预期功能波形，将各个测试向量的实际仿真结果与预期功能波形进行比对，如果两者一致，则判定硬IP核功能正确，否则判定硬IP核功能不正确；
(3)统计步骤(2)中对比正确的功能数，进而计算得到硬IP核对比正确的功能数与所有功能数的比值，如果比值为1，则判定硬IP核功能验证充分，否则判定硬IP核功能验证不充分；
(4)获取硬IP核标定的工艺信息，然后根据工艺信息将硬IP核进行流片和封装；
(5)利用ATE测试机台在电压拉偏10％条件下完成硬IP核的功能测试，得到硬IP核功能实际测试结果，然后将实际测试结果与预期功能波形进行比对，如果两者一致，则判定硬IP核硅形态验证条件下功能正确，否则判定硬IP核硅形态验证条件下功能不正确；
(6)利用ATE测试机台在电压拉偏10％条件下完成硬IP核的直流电源电压、输入漏电流、三态输出漏电流、输出普通管脚驱动测试，然后将实际测试结果与预期电性能参数进行比对，如果实际测试结果在预期电性能参数范围内，则判定硬IP核硅形态验证条件下性能正确，否则判定硬IP核硅形态验证条件下性能不正确；
(7)利用老炼测试机台对硬IP核进行动态老炼和静态老炼试验，然后将实际测试结果与预期电性能参数进行比对，如果实际测试结果在预期电性能参数范围内，则判定硬IP核的老炼结果正确，否则判定硬IP核的老炼结果不正确；
(8)利用寿命测试机台进行硬IP核寿命考核试验，然后将实际测试结果与预期电性能参数进行比对，如果实际测试结果在预期电性能参数范围内，则判定硬IP核的寿命指标正确，否则判定硬IP核的寿命指标不正确；
(9)利用ESD测试和闩锁测试机台对硬IP核进行抗静电试验和抗闩锁试验，然后将实际测试结果与预期抗静电指标和抗闩锁指标进行比对，如果两者一致，则判定硬IP核的ESD和闩锁指标正确，否则判定硬IP核的ESD和闩锁指标不正确；
(10)对硬IP核进行电离总剂量辐照试验并判断，如果电离总剂量辐照试验后硬IP核功能错误或性能指标异常，则判定IP核电离总剂量辐照试验不通过，否则判定IP核电离总剂量辐照试验通过，对硬IP核进行单粒子效应辐照试验并判断，如单粒子效应试验后硬IP核单粒子翻转或超过锁定阈值，则判定IP核单粒子辐照试验不通过，否则判定IP核单粒子辐照试验通过。
所述的步骤(5)中利用ATE测试机台在电压拉偏10％条件下完成硬IP核的功能测试的温度包括125℃、-55℃、25℃。
所述的步骤(6)中利用ATE测试机台在电压拉偏10％条件下完成硬IP核直流电源电压、输入漏电流、三态输出漏电流、输出普通管脚驱动测试的温度包括125℃、-55℃、25℃。
所述的步骤(7)中的动态老炼试验为168小时，静态老炼试验为72小时。
所述的步骤(8)中的利用寿命测试机台进行硬IP核寿命考核试验的温度为125℃。完成硬IP核2000小时寿命考核试验；或提供相同工艺基线下4000小时的寿命考核试验数据；将实际测试结果或相同工艺基线下4000小时寿命考核试验数据与理论预期结果进行比对，当两者一致时判定硬IP核的寿命指标正确，当两者不一致时判定硬IP核的寿命指标不正确，然后进入下一步；
所述的步骤(8)中的利用寿命测试机台进行硬IP核寿命考核试验的时间为2000小时或者4000小时。
所述的步骤(9)中利用ESD测试和闩锁测试机台对硬IP核进行抗静电试验的电压为2000V。
所述的步骤(9)中利用ESD测试和闩锁测试机台对硬IP核进行抗闩锁试验的电流为200mA。
所述的步骤(10)中进行电离总剂量辐照试验为利用钴-60射线完成。
所述的所述的步骤(10)中进行单粒子效应辐照试验为利用重离子加速器完成。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明方法对硬IP核进行仿真和试验相结合的评测方式，充分保证了其空间环境下的可靠性与适应性，，具体评测更为充分的优点；
(2)本发明通过对硬IP核进行100％覆盖率的后仿真功能验证，解决了硬IP核在设计阶段可靠性评测不充分的问题；
(3)本发明通过硅形态验证、老炼、寿命、ESD和闩锁、辐照试验等评测手段，充分保证了硬IP核在系统集成环境下的可靠性。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
具体实施方式
本发明针对现有技术的不足，提出一种针对航天器用数字硬IP核的功能及性能评测方法，可解决空间辐射环境和航天器高可靠应用条件下的硬核IP功能及性能评测难题，同时还具有操作简便、评测效率高等特点，提高了评测的可操作性及充分性，下面结合附图对本发明方法进行详细说明。
如图1所示为本发明方法的流程图，本发明方法主要步骤如下：
步骤1：对硬IP核进行后仿真分析。
步骤1.1：建立IP验证平台(testbench)。Testbench包含验证平台顶层文件system.v和测试向量列表Vector.v两个文件。system.v中包含待测模块例化、测试向量引用、激励施加和输出监测功能。Vector.v用于产生测试用的激励，激励需要覆盖硬IP核的所有功能，共包含测试语句N条(N≥1)。
Testbench里面不但有测试输入的向量而且还有其对应输出的正确波形结果，通过向待测模块施加N条测试语句，输出和testbench里面的正确波形结果进行比较，如果结果不正确，则输出ERROR，判定硬IP核功能不正确。
步骤1.2：创建模拟脚本。创建仿真命令脚本用以完成验证环境的配置。
在UNIX系统下使用bash语言设置Debussy、vcs、modelsim、Verilog XL等电子自动化(EDA)仿真工具的环境变量，包括建立仿真工作目录、编译硬IP核代码和设置运行仿真工具命令，以实现EDA仿真工具调入Testbench进行仿真验证。
步骤1.3：硬IP核电路门级网表导入验证平台。
步骤1.4：执行后仿真。执行模拟脚本中的仿真工具运行命令runsim-anno，将Testbench和电路门级网表调入到EDA仿真工具中，并在EDA仿真工具中执行后仿真验证。在不同电压和温度组合下运行N条测试语句，遍历所有N条输入测试向量后，验证硬IP核各独立模块的功能正确性、模块在系统中接口功能正确性、以及硬IP核整体功能正确性。如功能覆盖率未达到100％，则判定硬IP核后仿真验证不充分。
步骤1.5：模拟结果输出。仿真记录与结果文件为verilog.log，该文件详细记录了硬IP验证过程中每一个测试语句的结果信息。验证过程中屏幕会打印中间运行结果，也可以在当前目录打开veilog.log文件，查看验证结果。
步骤1.6：功能覆盖率分析：查看verilog.log仿真记录文件中已测试功能条目，根据公式(1)计算功能覆盖率分析结果，如功能覆盖率未达到100％，则判定硬IP核功能验证不充分。
功能覆盖率＝已测试功能/硬IP核定义功能 (1)
步骤2：硅形态验证。
步骤2.1：选取硬IP核标定的工艺信息进行流片，将流片后的硬IP核晶圆进行封装。
步骤2.2：通过ATE(Automatic Test Equipment)测试机台，进行电压拉偏10％条件下，硬IP核在125℃、-55℃、25℃状态下的功能测试，如测试过程中出现测试结果与硬IP核手册中给定的波形图不一致，则判定硬IP核功能不正确。
步骤2.3：通过ATE测试机台，进行电压拉偏10％条件下，硬IP核在125℃、-55℃、25℃状态下的直流电源电压、输入漏电流、三态输出漏电流、输出普通管脚驱动、交流参数等性能测试。如测试过程中出现性能参数超过硬IP核手册规定值，则判定硬IP核性能不正确。
步骤3：老炼试验。利用老炼测试机台，完成硬IP核168小时动态老炼和72小时静态老炼试验。如测试过程中出现功能或性能参数超过硬IP核手册规定值，则判定硬IP核可靠性差。
步骤4：寿命试验。利用寿命测试机台，125℃条件下，完成硬IP核2000小时寿命考核试验；或提供相同工艺基线下4000小时的寿命考核试验数据。如测试过程中出现功能或性能参数超过硬IP核手册规定值、或所提供相同工艺基线下4000小时的寿命考核试验数据超过硬IP核手册规定值，则判定硬IP核寿命无法满足宇航应用要求。
步骤5：ESD和闩锁试验。利用ESD和闩锁测试机台，对硬IP核进行2000V抗静电试验和200mA抗闩锁试验；如测试过程中出现ESD指标或闩锁指标无法达到2000V或200mA，则判定硬IP核ESD和闩锁指标无法满足宇航应用要求。
步骤6：辐照试验。
步骤6.1：利用钴-60射线进行电离总剂量辐照试验。电离总剂量辐照试验后出现IP核功能错误或性能指标超过硬IP核手册规定值，则判定IP核电离总剂量辐照试验不通过。
步骤6.2：利用重离子加速器进行单粒子效应辐照试验。如单粒子效应试验后出现超过IP核手册规定的单粒子翻转和锁定阈值，则判定IP核单粒子辐照试验不通过。
实施例
下面以Digital Down Converter(以下简称DDC)硬IP核为例对本发明方法进行进一步说明。
(1)DDC IP核的Testbench包含验证平台顶层文件system.v和测试向量列表Vector.v两个文件。system.v中包含DDC IP模块例化、测试向量(key1、key2、key3)引用、激励施加和输出监测功能。Vector.v用于产生测试用的激励，包含key1、key2、key3共三条测试语句。通过向DDC IP例化模块施加key1、key2、key3共三条测试语句，输出结果和测试向量的DDC out进行比较，如果key1、key2、key3任意一条测试语句与DDC out结果不一致，则输出ERROR，判定IP核功能不正确。
设置synopsys公司的vcs仿真工具变量。进入DDC/prune/ts目录，执行runsim命令运行DDC IP核电路门级级验证。验证过程中屏幕会打印中间运行结果和最终结果，也可以在当前目录，开veilog.log文件，查看验证结果。
(2)在测试功能覆盖率时所使用的工具为synopsys公司的VCS。在VCS仿真工具下遍历key1、key2、key3共三条测试语句，获得DDC IP核的功能覆盖率结果。在VCS仿真工具下不但可以得到关于功能覆盖率的详细的文本报告，也可以通过运行VCS下的图形交互界面得到比较直观的关于功能覆盖率的表格，同样也可以知道是具体的哪条源代码没有被执行到。如果功能覆盖率低于100％，判定IP核功能验证不充分。
(3)DDC IP核流片采用SMIC 0.18微米工艺，封装采用陶瓷CQFP68封装。采用美国泰瑞达J750EX测试机台，进行3.6V电压条件下，硬IP核在125℃、-55℃、25℃状态下的功能测试，如测试过程中出现功能错误，则判定硬IP核功能不正确。采用美国泰瑞达J750EX测试机台，进行3.6V电压条件下，硬IP核在125℃、-55℃、25℃状态下的直流电源电压、输入漏电流、三态输出漏电流、输出普通管脚驱动、交流参数等性能测试。如测试过程中出现性能参数超过硬IP核手册规定值，则判定硬IP核性能不正确。
(4)采用美国AEHR公司MAX3高温老炼系统，完成DDC IP核168小时动态老炼和72小时静态老炼试验。如测试过程中出现功能或性能参数超过硬IP核手册规定值，则判定硬IP核可靠性差。
(5)采用美国AEHR公司MAX4寿命试验系统，125℃条件下，完成硬IP核2000小时寿命考核试验。如测试过程中出现功能或性能参数超过硬IP核手册规定值、或所提供相同工艺基线下4000小时的寿命考核试验数据超过硬IP核手册规定值，则判定硬IP核寿命无法满足宇航应用要求。
(6)采用满足IEC61000-4-2和GB/T17626.2标准的ESD和闩锁试验系统，对硬IP核进行2000V抗静电试验和200mA抗闩锁试验；如测试过程中出现ESD指标或闩锁指标无法达到2000V或200mA，则判定硬IP核ESD和闩锁指标无法满足宇航应用要求。
(7)利用钴-60射线进行电离总剂量辐照试验，电离总剂量辐照试验后出现IP核功能错误或性能指标超过硬IP核手册规定值，则判定IP核电离总剂量辐照试验不通过。利用重离子加速器进行单粒子效应辐照试验，如单粒子效应试验后出现超过IP核手册规定的单粒子翻转和锁定阈值，则判定IP核单粒子辐照试验不通过。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。