摘要文章根据图形处理器芯片的功能结构，提出了电路设计要求，给出了仿真波形图，基于芯片的电路仿真结果，结合93000测试系统给出了测试图形转换方法，转换生成测试图形，完成超大规模复杂芯片的功能测试，并给出了图形处理器的测试波形和数据结果。
关键词图形处理器;功能;电路仿真;图形;测试
1引言
1.1GPU功能结构
图形处理器(GraphicsProcessingUnit，GPU)，又称显示核心、视觉处理器、显示芯片，是一种专门在个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备(如平板电脑、智能手机等)上做图像和图形相关运算工作的微处理器[1]。
相关期刊推荐：《计算机与数字工程》Computer&DigitalEngineering(月刊)1973年创刊，是学术、技术性国家正式刊物，主要刊登国内外计算机方面的新理论、新技术、订报工艺、新成果。设有： 算法与分析、系统结构、信息与网络安全、图像处理、工程实践等栏目。
本文研究的某型号图形处理器采用CMOS130nm工艺制造，集成度约为1000万门;显示接口为VGA/数字接口;支持8位、16位和32位色多种色彩模式，图形模式下支持640×480、800×600、1024×768分辨率，最大分辨率1280×1024;支持ZOOMVIDEO视频接口;支持双通道双屏显示;支持色彩空间转换(YUV-RGB);支持VGA/VESA标准;支持标准PCI协议读写;视频数据采集存储;支持2D图形加速：BitBLT，ROP，2563-0p;可以用作PCI显卡的主处理芯片，完成操作系统界面显示和基本图形绘制及显示，视频采集回放等功能。其功结构如图1所示[2~3]。
1.2工作机制
主机总线接口模块受到来自PCI总显得读写操作，包括对寄存器的读写操作和对显示存储的读写操作，包括对寄存器的读写操作和对显示存储的读写操作，完成对寄存器的初始化后，基本图形模式能够正常输出显示。打开视频采集寄存器后能够实时采集显示视屏图像窗口[4]。
2GPU电路设计及测试技术
正向设计GPU芯片，首先根据技术指标和功能说明进行RTL设计编写，前端设计结束后分别进行模块级和系统级仿真验证，保证设计的准确性;然后进行FPGA原型验证，后端设计、后仿真等。芯片测试则可以基于仿真过程文件，产生的测试向量覆盖率高，功能针对性强，测试的可靠性和可控性高。基于仿真文件的芯片测试，也是芯片生产通用的测试方法[5]。
2.1GPU关键模块电路设计要求
1)主机总线接口模块
主机总线接口模块要求主机可以通过PCI总线对GPU进行读写操作，读写时序满足PCI协议要求。仿真时先对某些地址进行总线写操作，再对这些地址进行总线读操作，比对读写数据，结果一致，主机总线接口功能正确[6]。整体电路仿真，功能覆盖率达能到90%。
2)VGA寄存器模块
VGA寄存器模块按照地址列表来操作，结果能够正常读写和显示初始化。
3)视屏采集模块
视频采集模块要求实现视屏实时采集回放功能，采用多硬件图层设计。方针是模拟视频输入数据作为激励，读取显示输出数据并与理想显示输出数据进行自动比对，结果一致，视屏实时采集回放功能正确[7~8]。
4)显示输出模块
显示输出模块要求实现VGA和LVDS双屏显示，且通过寄存器可配置成拷贝模式和扩展模式。显示分辨率要求支持到1280*1024，色彩模式支持16位色。方针是通过寄存器配置显示模式，采集VGA接口和LVDS接口的数据和行场同步信号进行分析，与VESA标准的波形一致，显示输出功能正确[9~10]。
2.2基于93000测试系统的测试图形及时序生成
93000集成电路测试系统是业界领先的测试系统，该系统提供了强大的测试能力，支持数字、模拟、混合信号和SOC测试应用。支持各类仿真设计文件到系统所能识别的图形、时序文件转化，是完成GPU测试的有效平台[11]。
基于GPU正向设计得到的仿真文件，能够充分针对GPU的内部功能实现测试，从仿真文件(*.vcd)生成包括时序文件(tim)，向量文件(binl)等V93000测试系统规定格式文件。如图2所示为仿真图形转换示意图[12]。
利用VCDTO93K工具完成测试图形生成。文件转化需要的过程文件有：
1)管脚定义文件(pinconfigure)：用于给出芯片单pin或pin组的定义文件;
2)方向配置文件(directionconfigure)：给出管脚或组的方向描述信息，包括I/O/IO;
3)控制配置文件(controlconfigure)：用于描述输入输出方向控制信号与被控制信号的一一对应关系;
4)延时配置文件(delayconfigure)：用于给出管脚或信号组的延迟信息，以周期的百分比形式给出。
基于仿真文件，以及上述四个相关文件(*.pin、*.dir、*.ctrl、*.delay)利用系统自带命令，完成仿真文件到93000系统可用时序(timing)和图形(pat⁃tern)文件的转换。
通过仿真文件得到的图形、时序文件，与芯片的实际时序存在延时造成的差异，需要通过后期调整适配，得到真实的芯片时序和图形。
2.3基于93000的GPU测试程序开发
GPU的测试是基于93000测试系统开发的。测试程序的主要组成文件如表1。
3GPU电路仿真验证与测试结果
3.1GPU功能仿真验证结果
利用仿真平台，各关键电路模块的仿真验证结果如图3~7所示[13]。
对GPU类芯片，显示输出模块的像素时钟信号(PXL_CLK)、行同步信号(HSYNC)、场同步信号(VSYNC)是重要的显示性能参数。行同步信号的作用是选择出显示面板上有效行信号区间，场同步信号的作用是选择出显示面板上有效场信号区间，行场同步信号的共同作用，可选择出显示面板的有效视频区间。像素时钟频率与显示器的工作模式有关，分辨率越高，像素时钟信号的频率也越高;数字信号在像素时钟信号的作用下，按照一定的顺序，传输到显示面板中，使各电路按照一定的节拍协调地工作;且都是在像素时钟的下降沿或上升沿到来时才对数字信号进行读取，以确保读取数据的正确性[14~15]。
3.2GPU功能测试结果
利用得到的仿真文件，在93000上完成转换后，得到对应的时序和的图形文件，编制测试项目进行测试，测试波形图如图8~12所示。
除了常规参数，如输入电平(VIL\VIH)，输出电平(VOL\VOH)，漏电流(IILIIH)、电源电流(ICC)，建立保持时间、传输延迟时间等，对GPU类芯片，数据手册中对显示输出模块的像素时钟信号(PXL_CLK)、行同步信号(HSYNC)、场同步信号(VSYNC)信号规范值和实际测量值如表2所示，利用仿真文件转换后的图形文件，在93000测试系统下实际测到显示输出模块信号结果也如表2所示。
4结语
通过电路仿真，结合测试机台的时序、图形转换方法，实现GPU芯片功能测试，能够很好地复现芯片的功能，提高芯片的测试质量。——论文作者：贺志容张祥
