军用IP核标准体系关键共性技能分析

（1.中国科学院微电子研究所，北京100029；2.三维及纳米集成电路设计自动化技能北京市重点实验室，北京 100029）

基于军用IP核标准体系现状，结合现有标准对付军用IP核的适用性，针对军事运用的需求和特点，研究剖析了军用IP核的交付项哀求、质量评测、测试方法学、可靠性试验和考验等关键共性技能，为制订和完善军用IP核标准体系供应参考建媾和技能辅导。

军用IP核；标准体系；共性技能

TN401

文献标识码：A

10.16157/j.issn.0258-7998.2016.09.006

中文引用格式：王东，陈岚，冯燕. 军用IP核标准体系关键共性技能剖析[J].电子技能运用，2016，42(9)：24-28.

英文引用格式：Wang Dong，Chen Lan，Feng Yan. Analysis of key common technologies in military IP core standards system[J].Application of Electronic Technique，2016，42(9)：24-28.

0 弁言

片上系统（System on Chip，SoC）芯片在性能、功耗以及本钱等方面具有上风，成为当今集成电路设计技能及产品创新的主流，可以有效知足军事装备电子系统多功能、小型化的发展需求[1]。
知识产权（Intellectual Property，IP）核及其复用技能是SoC设计的根本，利用IP核能够降落SoC产品的设计风险，缩短开拓周期。

标准作为引领和支撑前辈技能运用的主要手段，是技能发展水平的集中表示，对技能家当的发展具有十分主要的影响和浸染。
在军用产品研发过程中，可以将高技能指标、成熟工艺及过程掌握等前辈技能固化成标准，使标准充分表示军事需求，并辅导后续产品的研制生产[2]。
针对军事运用的需求和特点，充分利用现有的民用科技成果和成熟技能，结合国内外行业标准对付军用IP核的适用性，总结和剖析军用IP核的关键共性技能，构建统一完备、科学合理的军用IP核标准体系，可以为IP核的开拓供应技能规范和标准辅导，保障IP核的质量与可靠性，形成军用IP核准入机制，促进军用IP核的自主可控和推广运用。

1 IP核标准体系现状

目前IP核家当发展非常迅速，IP核的来源较为丰富，许多企业、机构在大力开拓干系的技能和产品。
例如，企业自主研发积累IP核，这些IP核每每是由内部开拓的IC芯片改进而成，具备了IP核的基本特色；设计做事公司专门供应不同形式、功能、层次的IP核；EDA工具公司利用技能和工具上风开展IP核业务；Foundry厂商也在推广IP核，这些IP核常日与生产工艺紧密干系。
此外，还有专业的IP核交易平台构建了IP核库，为IP核检索、转让供应渠道和路子。
不同来源的IP核在文档构造、数据格式以及信息描述的详细程度等方面存在着差异，影响着IP核的转让交易与集成运用，因此IP核的标准化显得尤为主要。

在IP核的标准化进程中，虚拟插座接口同盟(Virtual Socket Interface Alliance，VSIA)起到了很大的推动浸染。
VSIA成立于1996年，是最早开展IP核标准制订的国际组织，其成果形式分为规范(Specifications)、标准(Standards)、技能文档(Technical Documents)。
VSIA在2008年停滞运作，把一些尚在运行的事情移交给其他家当组织。
VSIA标准为IP核的开拓、集成和复用供应了技能方案，对付IP核的复用设计和交付利用具有辅导意义。

除了VSIA，国际上还有其他一些组织，如SPIRIT、OCP-IP等，也在IP核标准领域做了大量有益的事情。
2006年，中国集成电路IP核标准事情组(IP Core Group，IPCG)在参考VSIA干系标准的根本上，体例了11项电子行业标准化辅导性技能文件，内容与VSIA基本同等。

虽然IP核标准化取得了一定进展，但是标准被认可接管的程度有待提升，推广运用还存在诸多问题。
例如，VSIA标准对设计方法学的描述较多，制订的标准“过于抽象化，缺少详细性”，没有一个可以供IP核设计者参考的设计流程[3]。
一些具有技能上风和行业影响力的企业采取的IP核开拓流程以及配套的交付模式，险些形成了一种事实标准，行业组织推出的标准很难在这些企业内部推广。

目前，IP核在军事领域的运用越来越多，但是干系的军用标准非常匮乏，在一定程度上影响了IP核技能在军用方面的运用和推广。
行业组织推出的标准紧张面向民用领域，虽然对付军用IP核的开拓和利用具有一定的参考代价，但是由于军用IP核的分外运用处景，对可靠性、安全性、环境适应性等方面的哀求非常高，以是对这些标准只能合理借鉴而不能大略照搬[4]。

军用IP核标准对付研发自主可控的IP核具有主要意义，构建军用IP核标准体系势在必行。
根据军用IP核开拓的实际需求和交易机制的特点，建议将军用IP核标准体系分为两大类，一类因此关键技能为核心的根本标准，一类因此详细IP核产品为核心的产品规范[5]，如图1所示。

目前，已经发布履行的《军用集成电路IP核通用哀求》（标准号GJB 7715-2012）是根本标准，规定了军用集成电路IP核的设计、验证、实现、考验、交付等哀求，适用于军用集成电路IP核的开拓、转让和集成过程。

2 关键共性技能剖析

2.1 交付项哀求

IP核的交付项承载了IP核不同层次的描述信息和特色化的属性规定，在表现形式上可分为文档交付项、数据交付项。
确定IP核的交付项哀求时，应以运用为导向，为IP核用户供应利用IP核的必要信息。

2.1.1 逼迫类型

根据IP核交付项的主要程度，其逼迫类型可分为逼迫、条件逼迫、推举、条件推举等4类。
由于IP核种类繁杂、功能多样、规模互异，制订IP核交付项哀求时，应保持交付项内容统一连贯，避免交叉重复，遵照“最小子集”原则，即：对付IP核应具备的充分而必要信息，如果缺失落就会影响IP核的正常运用，则哀求逼迫交付；而对付IP核的某些信息，若缺失落，不会影响IP核的正常运用，但是若具备，有利于对IP核的理解和利用，则建议推举交付。

逼迫交付项是IP核集成运用的基本哀求，也是IP核交付项的核心所在。
逼迫交付项是一个相对固定的凑集，比较随意马虎界定，而推举交付项的范围难以收敛，纵然对付同一类IP核，由于可能的运用方向和领域不同，IP核用户期望的推举交付项内容必定会有所差异，以是很难列出所有的推举交付项。
是否供应推举交付项，可以认为是IP核开拓者的一种自发行为，能够供应多少推举交付项，则是IP核开拓者研发能力的一种表示。
推举交付项是IP核质量评测的加分项，该项内容越丰富，越有助于IP核的集成运用，能有效提升IP核的用户体验效果。

2.1.2 文档交付项

由于不同种类IP核之间的差异很大，文档交付项应具备的内容千差万别。
在IP核标准制订过程中，应重点对文档的逼迫类型和必要的基本内容进行约束。
对付文档的体例办法、撰写风格以及内容的丰富程度，很难精确量化和细化，因此不做详细哀求。
文档交付项虽然不直接用于IP核的集成运用流程中，但是对付深入理解和顺利运用IP核具有主要的辅导意义。
构造合理、层次明晰、详细规范的文档交付项是成熟IP核的必要条件，文档交付项的完备程度直接影响到IP核的运用效果。
目前海内的技能职员每每“重设计、轻文档”，反复的设计迭代和修正每每随意马虎忽略文档事情的完善。
为降落技能风险、统一设计状态、避免无效的资源和韶光开销、降落人为成分在项目开拓过程中的差异性影响、保障研发各环节的可追溯性，在研发的各个阶段必须供应各种文档输出，并进行统一的管理和归档[6]。

IP核文档交付项一样平常包括功能手册、验证手册、运用手册、交付项清单以及目录构造文件等，必要时还须要供应测试手册。
须要解释的是，设计手册涉及IP核开拓的内部细节，考虑到知识产权保护以及IP核交易的实际需求，对IP核设计手册不做交付哀求，由交易双方另行约定。

以硬IP核为例，GJB 7715给出的文档交付项列表如表1所示。

2.1.3 数据交付项

数据交付项是IP核特色化的主要载体，个中的运用信息与EDA工具有很大的关联性，数据格式很多是由主流EDA工具厂商定义的，在IP核在开拓以及集成过程中，须要借助不同的EDA工具完成各种数据格式的天生与利用。

对付不同类型的IP核，由于实现办法和运用环境的不同，数据交付项的内容不尽相同，可以根据IP核的开拓、运用流程对交付项进行细分归类。
例如，在GJB7715中，硬IP核的数据交付项分为功能验证交付项、时序剖析交付项、物理设计交付项、物理验证交付项、硅验证交付项、系统运用交付项等。
以物理设计交付项为例，其哀求如表2所示。

数据交付项与文档交付项的差异在于两者的目的和浸染不同。
文档交付项的目的是解释和辅导，从笔墨形态上对IP核的功能、验证、运用等信息进行详细的描述，用于辅导IP核的集成运用。
数据交付项的浸染是证明与运用，通过一些过程文件或者结果报告，证明IP核的详细实现和实际性能，而逻辑设计或者数据模型可以运用于IP核的集成流程中。

军用IP核的交付项哀求可以参照和借鉴VSIA和中国集成电路IP核标准化事情组发布的标准，在合理引用的根本上进行适当修正，广泛搜聚IP核研制单位和用户单位的见地，使之形式上符合国家军用标准编写规定，内容上表示军用IP核自主可控的分外哀求。

2.2 质量评测

军用IP核质量评测对付担保IP核开拓质量具有主要意义。
GJB 7715规定，IP核开拓者在交付IP核之前，应向评测机构提出质量评测申请。
为了担保IP核质量评测的客不雅观性、公道性和可靠性，可以借鉴民用领域的研究成果，引入第三方质量评测机制，构建专业独立的第三方质量评测平台。

国际上影响较大的IP核质量评测方法是VSIA发布的QIP（Quality IP）度量工具。
QIP由交互式的电子数据表组成，从IP核集成评估、IP核开拓评估、IP核供应商评估3个方面对IP核打分。
2007年，QIP移交给IEEE DASC（Design Automation Standards Committee），后来形成IEEE 1734-2011标准。
QIP对付IP核质量评测研究具有启示意义，很多干系的研究借鉴了QIP的方法和思路。
但是，QIP存在着一些不敷，例如问题设置过于抽象，主不雅观评测所占比重较大，实用性不强[7]。

目前海内IP核质量评测研究紧张集中在民用领域，在评测方法和流程方面取得了一定进展，但是实际运用还存在着局限。
例如，天生的质量评测报告比较粗略，不同IP核之间的质量区分度不明显，难以真正反响IP核质量的特色和差异。
评测案例不具有普适性，不能适应规模化、规范化的IP核质量评测需求。

在IP核质量评测的详细操作流程中，可以采纳主客不雅观结合的质量评测办法。
主不雅观质量评测根据IP核“是否”具备特色属性或者符合期望哀求，结合相应的权重分配，给出评分或等级。
客不雅观质量评测一样平常是在EDA工具环境下验证IP核数据的真实性和有效性，对IP核开拓过程中形成的设计数据和支持文件进行确认。
为了在实际条件和集成环境下稽核IP的质量，可以考虑将硅验证、运用验证等内容纳入客不雅观质量评测的范畴[8]。

对付不同种类、不同形态的IP核，质量评测详细的实现方法和操作流程差异较大，须要不断积累履历和技能，提高质量评测的运用能力和实际效果，对IP核的质量评测结果进行客不雅观定性、准确定量，为IP核用户评估、选用IP核供应参考，同时为IP核开拓者供应反馈见地和改进建议，勾引IP核开拓者故意识实现开拓过程中的质量掌握与担保。

2.3 测试方法学

测试是确定或评估电路功能和性能的主要办法，对付验证设计、担保质量、剖析失落效以及辅导运器具有主要意义[9]。

传统的板上系统(System-on-Board)和SoC设计具有很强的功能相似性，但是两者之间的测试方法非常不同。
对付板上系统，IC供应者对系统中IC元件的设计、制造和测试卖力，而系统集成者一样平常只需关心IC元件之间的互连。
在SoC设计流程中，交付利用的IP核仅仅是一个模型，不可能在此阶段进行制造测试。
因此，系统集成者不仅须要卖力IP核之间的互连逻辑测试，还要关注IP核自身的独立测试[10]。

IP核独立测试是IP核流片制造后进行的测试，用于表征IP核本身的性能。
在GJB 7715体例过程中，搜聚IP核研制单位和用户单位见地时，对付IP核独立测试与传统IC芯片测试之间的差异和联系谈论较多。
基于现有的技能能力和条件，IP核的独立测试一样平常采取传统IC芯片的测试方法和流程。
然而，由于IP核的交付形态、属性特色以及运用办法均有别于IC芯片，IC芯片测试方法在反响和呈现IP核真实性能方面存在着一定的局限。
例如，封装测试时的封装引脚、寄生参数以及测试板等，裸片测试过程中测试仪器的去嵌入、校准等，这些成分会影响IP核的测试性能。
如何去除这些影响成分，或者对其进行建模剖析，拟合测试结果与模型参数，从而得到真实的性能，目前还没有很好的办理方案。
其余，IP核的集成环境与测试环境之间的差异也影响测试结果的适用性。

除了IP核自身的独立测试外，由于IP核嵌入SoC后失落去了可不雅观测性和可掌握性，IP核测试还须要考虑IP核与用户自定义逻辑或其他IP核的测试连接方法，即IP核/SoC协同测试，以实现测试复用和测试资源共享。
IP核/SoC协同测试中，与SoC干系的问题，如测试访问机制、测试调度策略等，由SoC设计者办理。
为了支持IP核/SoC协同测试，IEEE 1500是一个可行的技能备选方案，其定义了一种可扩展的通用测试构造，许可IP核的模块化测试开拓、测试复用以及外围逻辑测试。
IEEE 1500测试外壳(Wrapper)可以合营IEEE 1450.6芯核测试措辞(Core Test Language，CTL)利用，为测试隔离、访问和掌握等机制供应根本。
IEEE 1500现在只适用于数字IP核，暂不支持仿照IP核测试。

目前海内与IP核测试有关的标准紧张是IPCG体例的《集成电路IP核测试数据交流格式和准则规范》(SJ/Z 11352-2006)。
SJ/Z 11352包括了IP核测试交付项规范、IP的隔离和DFT辅导原则等内容，侧重于IP核测试方法学描述，不能直接知足IP核测试的实际需求。
SJ/Z 11352面向的是民用领域IP核，缺少对测试环境、测试约束的详细规定，难以适应军用领域对付测试安全性、可靠性等方面的哀求[4]。

在军用领域中，现在还没有专门针对IP核测试的标准或者规范，只是在军用IP核根本标准中对IP核的测试方案、测试环境等提出了总体哀求，IP核测试信息紧张表示在硅验证交付项中。
例如，GJB 7715哀求硬IP核必须进行硅验证，逼迫交付测试手册、测试报告等；推举对软IP核进行硅验证，测试结果可以作为软IP核运用成熟度、质量评测的参考信息和证明材料。
此外，军用IP核宜支持可测试性设计(如扫描测试、内建自测试等)，担保IP核集成后的可测试性，建议考虑IP核与SoC之间的协同测试性。

军用IP核根本标准没有明确规定IP核测试的详细方法和流程，须要制订IP核测试的详细规范，明确不同种类、功能IP核的测试方法，用于辅导IP核测试。

2.4 可靠性试验和考验

可靠性试验和考验是为了确保提交的产品符合规范哀求。
在目前的国军标体系中，与集成电路可靠性试验和考验有关的紧张标准见表3。

军用集成电路与民用产品的主要差异在于，军用集成电路按照GJB 597A规定进行质量等级划分，并根据相应的质量等级哀求进行可靠性试验和考验。
质量等级是军用集成电路质量特性的量化指标，也是军用集成电路在生产、试验及考验过程中实行不同质量掌握哀求的表示和主要依据。
GJB 597A规定的有关试验和考验紧张包括筛选、鉴定和质量同等性考验。
通过100%筛选尽可能地剔除早期失落效芯片，筛选合格后的产品须要按照质量等级哀求抽样进行鉴定和质量同等性考验[11]。

GJB 597A、GJB 548B紧张针对微电子器件和小规模集成电路，GJB 2438A面向稠浊集成电路、多芯片组件，这些标准的适用范围难以涵盖日月牙异的技能发展哀求。
IP核在规模、种类以及功能等方面已经与传统微电子器件、IC芯片产生了很大差异，军用IP核的可靠性技能面临着寻衅：电性能的不可测性、环境与机器试验的不可仿照性、传统试验方法的不适应性等[12]。

IP核进行可靠性试验和考验时，须要流片制造得到实物样本。
所有用于考验的样本在适当封装后，应进行封装检讨，剔除由于封装引起的失落效样本。
所有IP核样本都应进行筛选，通过打算相应的许可不合格品率（PDA），判断考验批的质量水平，决定吸收与拒收。
IP核样本完成规定的筛选哀求之后，应从组合好的考验批或考验子批中随机抽取样本进行后续的鉴定和质量同等性考验。

IP核鉴定是对样品进行的一系列完全的考验，根据不同须要对样品质量进行全面考察，目的在于确定IP核是否符合规范哀求。
质量同等性考验因此逐批检讨为根本，对IP核紧张质量指标进行考察，用于确定IP核在生产制造中能否担保质量持续稳定[13]。
GJB 548B规定了鉴定和质量同等性考验程序，以担保器件和批的质量符合有关订购文件的哀求。
A、B、C、D和E组试验和考验的全部哀求，用于器件的初始鉴定、产品和工艺发生变革时的重新鉴定以及保持合格资格的周期试验。
在GJB 548B根本上，可根据实际情形适当选择利用各组试验，保留与IP核设计干系的试验（如电测试、稳态寿命），删去环境试验和机器试验中不适用的内容。
须要把稳的是，在军用IP核根本标准和产品规范中，规定的试验是必要但不充分的，不用除运用于分外环境下的IP核所哀求的或为使考验结果更好而进行的附加考验。

目前海内军用IP核还没有专门的可靠性试验和考验标准，可以参考借鉴国军标体系哀求，结合IP核产品的小批量和需求不连续等特点，提取适用于IP核的方法和程序，制订相应的详细规范，完善军用IP核标准体系。

3 结论

针对军用IP核标准体系现状，本文剖析了军用IP核标准面临的问题以及构建军用IP核标准体系的必要性，根据军用IP核的开拓过程和运用需求，从交付项哀求、质量评测、测试方法学、可靠性试验和考验等方面研究和磋商了军用IP核的关键共性技能与标准规范，为制订和完善IP核标准体系供应参考建媾和技能辅导，从而为我国军用IP核家当的发展供应标准支撑。

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