嵌入式系統(tǒng)中存儲(chǔ)器性能研究

摘要：動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器是嵌入式系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，而動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器故障是嵌入式系統(tǒng)故障的一個(gè)主要原因之一。在此從動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)和失效模型出發(fā)，有針對(duì)地提出了用于檢測(cè)性能的數(shù)據(jù)和讀寫方式，實(shí)驗(yàn)證明通過提出的檢測(cè)方法能夠有效地找出潛在的存儲(chǔ)器故障，從而能夠?yàn)?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/嵌入式">嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供改善系統(tǒng)性能的方法和途徑。
關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器；故障檢測(cè)；失效模型

0 引言
隨著超大規(guī)模集成電路的制造工藝的進(jìn)步，在單一芯片上動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)了更高密度的比特位，使得計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在計(jì)算速度迅猛發(fā)展的同時(shí)，內(nèi)存容量極大的擴(kuò)大。伴隨著集成度的提高，存儲(chǔ)器單元呈現(xiàn)失效的可能性隨之增大，失效的形式和原因也趨于更加復(fù)雜化。存儲(chǔ)器測(cè)試的目的是確保其每個(gè)單元能夠存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并且惟一的尋址、讀、寫。存儲(chǔ)器的測(cè)試面臨兩方面的要求：較高失效類型覆蓋率，盡可能檢測(cè)出潛在的存儲(chǔ)器故障；較少的存儲(chǔ)器操作，以便縮短檢測(cè)時(shí)間。因此存儲(chǔ)器測(cè)試應(yīng)能夠在一定的測(cè)試時(shí)間內(nèi)得到可能的最佳故障覆蓋率。由于對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行物理檢測(cè)是不可能的，可行的辦法是將待測(cè)存儲(chǔ)器的訪存結(jié)果與認(rèn)定無(wú)故障的存儲(chǔ)器的訪存結(jié)果做比較。

1 DRAM的原理及失效模型
動(dòng)態(tài)內(nèi)存的結(jié)構(gòu)和ROM及SRAM有較大的不同。圖1是動(dòng)態(tài)內(nèi)存的總體結(jié)構(gòu)。內(nèi)存單元按照行、列組成陣列。地址首先分為行地址和列地址，行地址經(jīng)過譯碼器，選中一行內(nèi)存單元。列地址選擇數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)輸出端。

電壓均為0．5 V，T1，T2，T3均截止。首先，T3導(dǎo)通，電容上的電荷使數(shù)據(jù)線D上電壓為0．5 V+a。放大器對(duì)信號(hào)放大，使得數(shù)據(jù)線D上電壓為V，上電壓為0，讀出數(shù)據(jù)“1”(圖3(b))，同時(shí)對(duì)電容充電，電容電壓為V(圖3(c))。然后T3截止，T1，T2導(dǎo)通，數(shù)據(jù)線D，上電壓恢復(fù)為0．5V。電路恢復(fù)初始狀態(tài)(圖3(d))。

假設(shè)存儲(chǔ)器實(shí)效僅僅被單元狀態(tài)的跳變所激活，即不考慮不改變狀態(tài)的寫操作時(shí)出現(xiàn)的失效。存儲(chǔ)器的失效模型可以表述為如下：
(1)粘滯實(shí)效(Stuck-at Faults，SF)。一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器單元固定為s，s∈(0，1)，不因?qū)υ搯卧淖x寫而發(fā)生狀態(tài)的變化。
(2)組合實(shí)效(Coupling Faults，CF)。存儲(chǔ)器某些位的跳變導(dǎo)致其他位的邏輯值發(fā)生非預(yù)期的變化。組合失效的產(chǎn)生歸咎于單元物理上毗鄰所產(chǎn)生的分布電容或者是單元間的電流泄漏。2個(gè)存儲(chǔ)單元之間的組合失效稱雙組合實(shí)效。例如：對(duì)于單元j的一個(gè)0→1或是1→0的寫操作將會(huì)改變i單元的內(nèi)容，使之狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。但是反之i單元的狀態(tài)改變并不一定也會(huì)對(duì)j產(chǎn)生影響。
(3)地址譯碼故障(Address Decoder Faults，AF)。有4種情況：某地址不能訪問任何單元；某單元無(wú)法被任何地址訪問；某地址可以同時(shí)訪問多個(gè)單元；某單元可被多個(gè)地址訪問到。