国芯科技CCFC3008PCS BIST (内建自测试) 分析总结

一、BIST 概述

CCFC3008PCS 芯片包含三类 BIST 功能，均由 STCU2（Self-Test Control Unit 2） 硬件模块统一管理：

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| 类型 | 全称 | 测试对象 |
| LBIST | Logic Built-In Self Test | 数字逻辑电路 |
| MBIST | Memory Built-In Self Test | SRAM / ROM 存储器 |
| RC BIST | RC Oscillator BIST | 内部 RC 振荡器（FIRC / SIRC）校准 |

此外，PMCDIG 模块中还有 Power BIST (PBIST) 寄存器（PMCDIG_PBIST），用于电源相关自检。

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二、BIST 运行模式

2.1 Off-Line 模式（离线自检）

• 触发时机 ：芯片上电复位后，在用户应用程序启动之前自动执行

• 配置来源：通过 SSCM DCF 总线从 Flash 中读取预存的 BIST 调度参数

• 执行流程 ：

  1. 复位事件触发 STCU2 初始化
  1. 写入 Security Key（Key1/Key2）解锁 STCU2 寄存器
  1. 编程 MBIST/LBIST Pindex（STCU2_PDR）
  1. 如需使用 PLL，配置 STCU2_PLL_CFG
  1. 配置看门狗定时器 STCU2_WDG
  1. 设置 STCU2_CR 使能 Off-line LBIST / MBIST
  1. 软件读取 STCU2_STS 状态寄存器检查 pass/fail

2.2 On-Line 模式（在线自检）

• 触发时机：系统正常运行期间，由软件触发

• 配置来源：通过 IPS 总线由 CPU 编程

• 同样支持 LBIST 和 MBIST 的在线执行

2.3 Bypass 模式

• 设置 STCU2_CRBYP 位可跳过自检流程

• 适用于非安全关键型应用场景

• 跳过自检后，核心时钟关闭，系统唤醒进入用户应用

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三、BIST 各阶段详细说明

3.1 LBIST（逻辑内建自测试）

测试对象：芯片数字逻辑电路

执行特点：

• 支持并发/顺序执行多个 LBIST 分区

• ⚠️ 不能同时在多个分区上执行 LBIST

• 不能与 MBIST 同时执行

• 每个 NMCUT BIST 在一次会话中只能运行一次

重复策略（STCU2_TE2LBIST_TIMES）：

• 00b：执行 1 次

• 01b：执行 1 次

• 10b：执行 1 次

• 11b：首次失败时再执行 1 次（共最多 2 次）

结果状态（STCU2_STS）：

• LB_F：LBIST 通过/失败

• LB_WDTO：LBIST 看门狗超时

• LB_D：LBIST 执行结束

3.2 MBIST（存储器内建自测试）

测试对象：SRAM 和 ROM 存储器

执行特点：

• 支持并发/顺序执行

• 不能与 LBIST 同时执行

• 每个 NMCUT BIST 在一次会话中只能运行一次

• 可通过 PLL 加速执行（设置 STCU2_CRBPLLEN）

重复策略（STCU2_TE2MBIST_TIMES）：

• 同 LBIST，11b 时首次失败可重试一次

结果状态（STCU2_STS）：

• MB_F：MBIST 通过/失败

• MB_WDTO：MBIST 看门狗超时

• MB_D：MBIST 执行结束

3.3 RC BIST（RC 振荡器校准自检）

测试对象：FIRC（快速内部 RC 振荡器）和 SIRC（慢速内部 RC 振荡器）

关键寄存器（Chapter 31.3）：

|--------------|-------------------------------------------|
| 寄存器 | 功能 |
| Rc_bist1 | 设置 BIST 时钟计数器目标值 |
| Rc_bist2 | 设置测试时钟计数器目标值和粗调 margin |
| Rc_bist3 | BIST 控制：启动、模式选择、RC 选择、使能 |
| Rc_bist4_res | 测试时钟计数结果和细调 margin |
| Rc_bist_res | BIST 结果：DONE、PASS、CTRIM/FTRIM/TEMPTRIM 结果 |

工作模式：

• Trim 模式：自动校准振荡器频率

• Trace 模式：跟踪/监测振荡器频率

校准结果写入：

• CTRIM 结果 → FIRC_TRIM / SIRC_TRIM 的 CTRIM 字段

• FTRIM 结果 → FIRC_TRIM / SIRC_TRIM 的 FTRIM 字段

• TEMPTRIM 结果 → FIRC_TRIM / SIRC_TRIM 的 TEMPTRIM 字段

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四、对芯片产生的影响

4.1 复位影响

关键影响 ：Off-Line 自检结束后，STCU2 会触发全局功能复位（Global Functional Reset）

• 复位行为可通过 STCU2_LBRM 寄存器逐分区配置

• 每个 LBIST 分区有对应的 LBRMx 位：

  • 0：Off-Line LBIST 结束后不触发全局功能复位
  • 1：Off-Line LBIST 结束后触发全局功能复位

• 还有 LBDRCx 位控制复位依赖关系（直接复位 vs. 依赖 BIST 结果）

4.2 故障报告

STCU2 通过 FCCU 接口向系统报告故障：

|-----------------------------|--------|--------------|
| 故障类型 | 含义 | 处理方式 |
| UF（Unrecoverable Fault） | 不可恢复故障 | 严重故障，需要系统级复位 |
| RF（Recoverable Fault） | 可恢复故障 | 可尝试恢复 |

• BIST 失败和 STCU2 内部错误均可配置为 UF 或 RF

• 故障信号连接到 FCCU，进一步触发 IRQ、NMI 或 Reset

• 支持故障注入机制，用于验证 UF/RF 连接线完整性

4.3 时钟影响

• BIST 执行期间，STCU2 可直接控制 PLL

• 通过 PLL 加速 MBIST/LBIST 执行

• PLL 锁定信号被监控，BIST 会等待 PLL 锁定后切换时钟源

• BIST 结束后时钟源恢复到原始配置

4.4 看门狗保护

• 初始化看门狗：硬编码超时，防止 STCU2 初始化阶段卡死

• BIST 执行看门狗 （STCU2_WDG）：可编程超时，监控 LBIST/MBIST 是否在规定时间内完成

  • 超时后当前 BIST 被中断，标记失败
  • 顺序执行时，超时后后续 BIST 被跳过

4.5 启动时间影响

• Off-Line BIST 会延长芯片启动时间

• 可通过 Bypass 模式跳过，缩短启动时间

• BIST 调度可通过 Pindex 灵活配置，选择需要执行的测试项

4.6 设计限制

• LBIST 和 MBIST 不能同时执行

• 每个 NMCUT BIST 在一次会话中只能运行一次

• 不能同时在多个分区上执行 LBIST

• SSCM 写入的寄存器在 Off-Line 阶段不可被覆盖

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五、相关寄存器汇总

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| 模块 | 寄存器 | 功能 |
| STCU2 | STCU2_CR | 控制寄存器：BYP、RUN、PLL使能、L/MBIST使能 |
| STCU2 | STCU2_SKC | 安全密钥寄存器 |
| STCU2 | STCU2_PDR | Pindex 调度寄存器 |
| STCU2 | STCU2_PLL_CFG | PLL 配置 |
| STCU2 | STCU2_WDG | 看门狗定时器 |
| STCU2 | STCU2_STS | 状态寄存器：L/MBIST 完成/通过/超时 |
| STCU2 | STCU2_LBRM | LBIST 复位管理 |
| STCU2 | STCU2_TE1/TE2 | 超时配置和重复次数 |
| PMCDIG | PMCDIG_PBIST | Power BIST 寄存器 |
| PMCDIG | PMCDIG_STCU_CR0/CR1 | STCU 配置寄存器 |
| IRCOSC | Rc_bist1~4, Rc_bist_res | RC BIST 控制和结果 |