基于LabVIEW的存储器检测系统研究

摘要：针对某装备的存储器没有相应的测试设备，测试内容比较繁琐，设计了基于LabVlEW的存储器检测系统。硬件依托PXI测试总线予以实现．具有可靠性高．灵活性强的特点。针对组合存储器的特点，设计了专用的接口适配器，主要用于实现信号的同步和调理。文中分析了存储器的故障类型，研究March算法并进行了扩展。系统以LabVIEW作为软件工具，实现了对存储器的自动测试，用数据库实现了测试算法与测试程序的分离。该系统具有操作容易，可扩展性强等特点，有效提高了对某装备存储器的测试效率。
关键词：存储器；虚拟仪器；LabVIEW；数据库；March

    在电子设备运行过程中，存储器发生故障或失效，不仅导致经济损失，而且还有可能导致灾难性的后果。因此存储器的测试也成为当今世界的一个重要问题，在军事装备中存储器正扮演着很重要的角色。目前，基于虚拟仪器设计的自动测试系统已成为主流，而软件则是虚拟仪器的核心。在此，以LabVIEW为软件工具，结合相应的数字I／O卡，开发一套用于某装备存储器检测的检测系统。

1 总体方案及硬件设计
1．1 需求分析
    该系统所选的被测对象是某型装备中的公用存储器，测试通道有地址总线18根、数据总线18根，控制线3根(控制线共7根，其中3根有效)。其中，状态输出信号表示读／写信号是否有效；读／写信号表示对RAM的读／写操作；数据输出有效信号表示数据输出是否有效。容量8 KB，读周期400 ns，写周期500 ns，供电电压5 V。
1．2 系统硬件设计
    该硬件系统，以中心计算机为主体，以插入其中的数字I／O卡为功能部件。通过计算机控制数字I／O卡进行数字信号的输出和测量。由此可知，系统平台的搭建关键是选择合适的数字I／O卡。该系统测试的主要信号有地址信号、数据信号和控制信号。考虑到输出位数和速度，用NI公司的数字波形发生器／分析仪6542，它具有32路可双向控制的通道，可方便地进行信号输出和对信号的采集。该模块每个通道都有1 Mb，8 Mb和64 Mb的板载内存，便于测试信息的存储。
1．3 接口适配器设计和端口的分配
    接口适配器用于连接被测设备和测试平台。设计时只选用一块6542模块，所以只有32个输出通道，不能实现所有信号的有效同步输出，设计时需采用数据线和地址线共用的原则予以解决。接口适配器的组成框图如图1所示。选择6542的portO～port2作为公用的地址线和数据线，port3作为控制线。锁存器选择双向锁存器，通过锁存方向控制数据的输入／输出，片选控制线控制数据的锁存，锁存输出控制线控制锁存器里的数据读出。

2 存储器测试算法分析
2．1 存储器故障类型
    存储器故障总体可以分为单个单元的故障和单元之间的故障两类。单个单元的故障包括：粘滞故障(SAF)一个阵列总是0或1；转换故障(TF)，即一个特定单元在一定转换序列后不能进行0／1翻转；数据保持故障(DFR)，即一个单元在一段时间后不能保持它的逻辑值等。单元之间的故障主要是耦合故障(CF)，它包括字间故障和字内故障。

2．2．March算法
    针对存储器不同的故障类型，提出了多种存储器的测试算法，如March算法、Walking算法、Calloping算法等。其中，March算法具有较高的故障覆盖率，较小的时间复杂度，在存储器测试中得到广泛应用。其基本步骤用公式表示如下：

式中：Cij表示第i行，第j列的存储单元；R表示读操作；W表示写操作；表示全部C的集合；∑表示，集内的总和；逗号“，”是公式内各有序操作之间的分隔符；0或1表示背景数据和操作数据。根据公式可以算出测试的复杂度为5N。简单说就是按照一定的规则向存储器写入和读出数据。针对不同的故障模型，在测试中添加不同的数据背景可以实现相应的故障覆盖。通常，一种算法不能覆盖所有的故障类型，所以测试时要用两种或两种以上的算法。
2．3 March算法在检测系统中的应用
    一般的March算法都是以位进行操作的，而被测对象是18位的数据通道，存储方式为字节存储，因此应该对March算法进行扩展。测试时不仅要考虑到字间故障，而且也应该考虑一个字内多个位之间的耦合故障。面对这种情况就应该增加March算法的测试数据。对于N位的存储器，共有log2N+1种测试数据，文献给出了数据背景的计算公式。被测对象有18位存储器，通过计算有5组测试数据：

3 系统的软件设计
3．1 软件总体方案
    该系统软件部分基于虚拟仪器技术进行开发。选择LabVIEW作为测试程序开发工具，Access作为数据库工具。整个软件由主控程序、人机界面、测试模块、诊断模块、数据库模块组成。主控程序负责各个模块之间的调用和协调；人机界面实现用户与测试系统的交互；测试模块完成数字信号的输出和采集；数据库模块主要用于实现整个系统数据的管理。
3．2 主程序
    主程序依托LabVIEW软件，采用模块化的设计思想，主要包括程序初始、测试数据、读／写数据、取消设置、和错误判断五个部分。程序初始模块，用于进行面板参数设置和板卡设置；测试数据模块。用于：通过对数据库数据的查询，提取地址和数据等信息；通过对读／写信息的判断，选择数据信息输出的读入。如果测试时出现异常现象，则由程序输出自定义错误，通过自定义错误传递故障信息，同时跳出读／写循环；取消设置，用来恢复测试时改变的各个参数；错误判断模块，用于判断错误类型，通过判断自定义错误携带的信息判断故障类型，并反馈给人机界面。图2是主程序的程序框图。

3．3 测试程序
    对存储器测试时采用March算法。March算法的特点是向存储器顺序地写入和读出数据，通过分析数据判断存储器的故障。因此在测试程序的编制过程中，数字信号的输入／输出较为关键。图3是读／写操作的程序框图。根据适配器的实际方案．数据的输入／输出在设计时也有一定的要求。向存储器写数据时分为三个步骤：向锁存器写地址，向锁存器写数据，锁存器和状态输出。读取存储器的数据分为4个步骤：向锁存器写地址，锁存器和状态输出，检测数据输出有效信号，读锁存器数据。实际应用时，可以根据不同的芯片，设置不同的延迟时间，以满足读／写周期的要求。

3．4 数据库设计
    软件设计时，采用主控程序与测试信息分离的思想，通过数据库来存储测试信息。数据库采用比较常用的数据库Access。测试时，根据不同的测试算法，将不同测试数据编绘到数据库中。测试时主程序通过SQL语言对数据库进行调用，控制数字信号的输入／输出，从而实现测试内容的可扩展性。根据Marct，算法的规则，设计数据表时，要设计编号、读／写操作、地址、数据和结束标志5列。编号用来实现Marcrt算法的顺序执行；读／写操作用于主程序中判断数据的读／写操作；地址用于存储地址信息；数据用于存储数据信息；结束标志用于结束本算法的测试。数据库存储表格如图4所示。第一行表示第一次读／写操作，向0地址写入数据80。

4 结 语
    采用NI系列PXI板卡及灵活方便的LabVIEW软件平台，构建了一套某装备存储器的检测系统。通过数据库实现了测试算法与测试程序的独立性，可以根据不同的March算法进行测试。实验结果表示，该系统具有自动测试性强，容易操作，可扩展性强等特点，有效提高了对某装备存储器的测试效率。