CC BY
57
УДК 681.327
В.Г. РЯБЦЕВ, Т.Ю. УТКИНА
СРЕДСТВА СЖАТИЯ ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ПРИ САМОТЕСТИРОВАНИИ И РЕМОНТЕ МИКРОСХЕМ ПАМЯТИ
Предлагаются средства сжатия диагностической информации, полученной при выполнении самотестирования микросхемы памяти, что обеспечит сокращение времени ее обработки и самовосстановления работоспособности.
1. Введение
Одним из важных компонентов компьютерных систем являются запоминающие устройства, которые состоят из микросхем полупроводниковой памяти. Поскольку микросхемы памяти становятся более сложными и работают все быстрее, их тестирование - это очень тяжелая и дорогостоящая процедура. В настоящее время производители микросхем памяти уделяют большое внимание этому вопросу. Во избежание негативных сценариев развития и для обеспечения надежности функционирования таких систем нужно решить проблему защиты компьютерной информационной системы от ошибок памяти. Для повышения качества запоминающих устройств необходимо определить объем профилактического встроенного тестового диагностирования и рассмотреть средства сжатия диагностической информации, обеспечивающие сокращение времени восстановления работоспособности микросхемы памяти [1-3].
Результаты диагностирования микросхемы памяти могут быть представлены в виде растровой карты, анализ которой позволяет сократить аппаратные средства и производственные операции при восстановлении работоспособности микросхемы памяти. На данной карте исправные ячейки отображаются белыми клетками, а черные квадраты отображают неисправные ячейки. Неисправными могут быть отдельные запоминающие элементы, а также может образоваться целый ряд неработоспособных строк и/или столбцов ячеек.
Однако при применении данного метода для хранения зафиксированных отказов диагностируемой микросхемы требуется большой объем памяти, практически равный объему тестируемого изделия, а для обработки полученных результатов нужно применять внешние программные средства, что увеличивает продолжительность выполнения производственных операций, необходимых для ремонта микросхем памяти.
2. Требования к средствам восстановления работоспособности
При выполнении самотестирования и восстановления работоспособности микросхем памяти необходимо выполнить следующие требования [4]:
- продолжительность обработки диагностической информации, полученной после выполнения самотестирования, должна быть незначительной;
- необходимо использовать минимально возможное количество дополнительных внешних выводов микросхемы;
- встроенное самотестирование должно выполняться на максимальной рабочей частоте;
- продолжительность тестирования должна быть короткой;
- встроенные средства самотестирования должны занимать приемлемую дополнительную площадь кристалла.
3. Структурная схема микросхемы памяти со встроенными средствами
сжатия диагностической информации
В целях сокращения продолжительности ремонтных операций для восстановления работоспособности микросхем памяти целесообразно обработку диагностической информации осуществлять при помощи дополнительного встроенного в структуру микросхемы микроконтроллера.
63
На рис. 1 приведена структурная микросхема памяти со встроенными средствами самотестирования, сжатия диагностической информации и восстановления работоспособности. Микросхема содержит основной массив запоминающих ячеек, резервные строки и столбцы ячеек, дешифраторы адреса строк и столбцов, встроенные средства самотестирования и восстановления работоспособности, коммутаторы кодов адреса, данных и операций, а также контроллер сжатия диагностической информации.
В микросхеме используются пять дополнительных выводов: CLK, RESET, ST, Т и Fail. На вывод CLK подаются синхронизирующие импульсы, сигнал RESET используется для установки элементов микросхемы в исходное состояние. Сигнал ST применяется для включения режима самотестирования микросхемы. На выводе Т формируется напряжение высокого уровня при обнаружении отказов в микросхеме. Сигнал Fail формируется в том случае, если восстановление работоспособности микросхем памяти невозможно.
Рис. 1
4. Структура и принцип работы средств сжатия диагностической информации
На рис. 2 изображена структурная схема средств сжатия диагностической информации, состоящих из контроллера микрокоманд, программного счетчика, элементов памяти микрокоманд и кодов адреса отказавших ячеек, счетчиков и логических элементов. По микрокомандам, считанным из их памяти, коды адреса ячеек памяти, где зафиксированы отказы, запоминаются и одновременно производится формирование признаков отказов, которые используются средством восстановления работоспособности.
64
От блока 7
От блока 8
От блока 9
Рис. 2
Признаки отказов E, C, R обеспечивают идентификацию одной ячейки, столбцов и строк ячеек соответственно. Для инициализации алгоритмов обработки отказов сначала переключаются в нулевое состояние флаги отказов ячеек, отказов столбцов и отказов строк. Счетчики также переключаются в нулевое состояние. При обнаружении первого отказа самотестирование приостанавливается, адрес строки и столбца ячейки, в которой обнаружен отказ, записывается в памяти отказов, флаг E переключается в единичное состояние, а состояние счетчика отказов увеличивается на единицу. Затем формируется сигнал RUNB, обеспечивающий продолжение работы встроенных средств самотестирования, а работа контроллера средств сжатия информации приостанавливается.
Если повторно бракуется одна и та же ячейка, о чем свидетельствует выполнение
условия Fc a Fr a E = 1, то операция записи в память ошибок не выполняется и формируется сигнал RUNB, что обеспечивает продолжение работы встроенного средства самотестирования.
Если при выполнении самотестирования обнаружен отказ новой ячейки, о чем свиде-
тельствует выполнение условия FC a F1 a E1 = 1, обеспечивается сохранение адреса новой отказавшей ячейки в память отказов, содержимое счетчика C F увеличивается на единицу и продолжается самотестирование микросхемы.
Если при выполнении самотестирования зафиксирован столбец ячеек, в котором ранее была выявлена бракованная ячейка, о чем свидетельствует выполнение условий FC = A‘col = Acol = 1 и E1 = 1, то флаг Q устанавливается в единичное состояние. Если
65
все резервные столбцы использованы для замены, о чем свидетельствует единичное состояние флага Fcol_end, то ремонт невозможен и формируется сигнал Fail=1.
Если столбцов для ремонта достаточно, то формируется сигнал RUNB, что обеспечивает продолжение выполнения самотестирования.
Если при выполнении самотестирования зафиксировано строку ячеек, в которой ранее была выявлена бракованная ячейка, о чем свидетельствует выполнение условий Fr‘ = Aj.ow = Aroi = 1 и Ei = 1, то флаг Ri устанавливается в единичное состояние. Если все резервные строки уже использованы для замены, о чем свидетельствует единичное состояние флага FTOw_end , то ремонт невозможен и формируется сигнал Fail=1.
Если строк для ремонта достаточно, то формируется сигнал RUNB, что обеспечивает продолжение самотестирования.
Останов процессов самотестирования и сжатия динамической информации возможен в следующих трех ситуациях.
1. Микросхема памяти работоспособна, о чем свидетельствует нулевое состояние сигнала T на ее выходе, после выполнения процесса самотестирования.
2. Процессы самотестирования и сжатия диагностической информации завершены успешно, о чем свидетельствует единичное состояние сигнала T и нулевое состояние сигнала Fail.
3. Процессы самотестирования и сжатия диагностической информации прекращены, о чем свидетельствует единичное состояние сигналов T и Fail. В этом случае самовосстановление микросхемы невозможно, поскольку недостаточно количества резервных элементов.
Сжатая диагностическая информация поступает в средства восстановления работоспособности микросхемы и используется следующим образом. Если выполняется условие Ei л Ci л Ri = 1, то для ремонта можно воспользоваться резервной строкой или столбцом. Если выполняется условие Ei л Ci = 1, то для ремонта нужно использовать резервный столбец. Если выполнено условие Ei л Ri = 1, то для ремонта нужно использовать резервную строку.
5. Выводы
Предлагаемые средства сжатия диагностической информации, полученной при выполнении самотестирования микросхемы памяти, обеспечивают фиксацию ситуации, когда в одной и той же запоминающей ячейке многократно фиксируется отказ, при этом диагностическая информация не дублируется.
Экономический эффект при применении данного технического решения достигается за счет сжатия диагностической информации, что обеспечивает сокращение трудоемкости восстановления работоспособности микросхемы памяти.
Список литературы: 1. BalaSouri K.,HimaBindu K.,RamanaRao K. V. A Built-In Self-Repair Scheme for Random Access Memories with 2-D Redundancy // International Journal of Soft Computing and Engineerin (IJSCE). Nov. 2011. Vol. 1, Num. 5. Р. 327-329. 2. Patent U.S. Redundancy Analysis for Embedded Memories with Built-In Self Test and Built-In Self Repair. N6067262, Int.Cl.G11C 7/00. May 23, 2000. 3. Patent U.S. Built-In Spare Row and Column Replacement Analysis System for Embedded Memories. N6304989, Int.Cl.G01R 31/28. Oct. 16, 2001. 4. Almadi M., Moamar D., Ryabtsev V. Methodology of Algorithms Synthesis of Storage Devices Test Diagnosing // Proc. of East-West & Test International Workshop (EWDTW’10). St. Petersburg, Russia. Sep. 2010. Р. 366-370.
Поступила в редколлегию 16.09.2013 Рябцев Владимир Григорьевич, д-р техн. наук, профессор Черкасского филала Европейского университета. Научные интересы: системы диагностического обеспечения полупроводниковых запоминающих устройств. Адрес: Украина, 18008, Черкассы, ул. Смелянская, 83, тел.: (0472) 63-09-71, E-mail: volodja18@ukr.net.
Уткина Татьяна Юрьевна, канд. техн. наук, доцент кафедры специализированных компьютерных систем Черкасского государственного технологического университета. Научные интересы: методы и средства повышения надежности микросхем полупроводниковой памяти. Адрес: Украина, 18006, Черкассы, бул. Шевченко, 460, тел.: (0472) 71-42-43, E-mail: utia_chdtu@yahoo .com.
66
