The high cost of chip testing makes testability an important aspect of any chip design. Two important testability considerations are addressed namely, the power consumption and test quality. The power consumption during shift is reduced by efficiently adding control logic to the design. Test quality is studied by determining the sensitization characteristics of a path to be tested. The path delay fault models have been used for the purpose of studying this problem. Another important aspect in chip design is performance validation, which is increasingly perceived as the major bottleneck in integrated circuit design. Given the synthesizable HDL code, the proposed technique will efficiently identify infeasible paths, subsequently, it determines the worst case execution time (WCET) in the HDL code.

Os algoritmos para síntese de circuitos digitais em geral visam a melhoria de uma função de custo composta de quatro critérios: área, desempenho, potência e testabilidade. Normalmente estes algoritmos conseguem uma relação de compromisso para a otimização de dois critérios. Efeitos indesejáveis também podem surgir com a otimização de um destes critérios. Por exemplo, as otimizações de desempenho podem introduzir falhas de colagem não testáveis (redundâncias) em um circuito, reduzindo a sua testabilidade. Muitos algoritmos de síntese lógica exploram propriedades específicas de determinadas funções a serem sintetizadas. Um exemplo de função com propriedades específicas são as funções ditas unate. Um exemplo deste tipo de função é o sinal de carry de um somador completo. Este tipo de função exige cuidados especiais para evitar a introdução de redundâncias. Muitos dos algoritmos para síntese lógica empregam a decomposição de Shannon para melhorar o desempenho de um circuito. A equação geral da decomposição de Shannon é expressa através de uma função binate. As redundâncias sempre serão introduzidas nos circuitos quando uma equação binate é utilizada para representar uma função unate. Diagramas de Decisão Binária (BDDs) são um tipo estruturas de dados muito utilizadas em algoritmos para síntese lógica. A decomposição de Shannon também é utilizada para derivar circuitos a partir de BDDs. Este tipo de estrutura representa uma função lógica, mas não mantém uma representação sem redundâncias da mesma. Infelizmente, os circuitos derivados a partir desta estrutura poderão ser redundantes, principalmente quando a decomposição de Shannon for utilizada. Existem estruturas de dados capazes de representar uma função sem redundâncias. Este é o caso dos VPBDDs , que possuem propriedades especiais que preservam características de testabilidade da função representada. Baseando-se nas propriedades dos VPBDDs, um novo algoritmo para remoção de redundâncias foi proposto. Este algoritmo é capaz de gerar circuitos sem redundâncias, mesmo quando a função, que é representada pelo VPBDD, é unate. Além da geração de circuitos sem redundâncias, o algoritmo garante que o atraso do circuito não aumenta após a remoção de redundâncias. A área dos circuitos resultantes pode aumentar, diminuir ou permanecer a mesma, considerando o número de portas lógicas utilizadas. Todos os resultados obtidos neste trabalho mostram que o algoritmo consegue realizar a remoção de redundâncias, sem prejudicar o atraso do circuito. Além disso, todos os caminhos redundantes do circuito têm seu atraso reduzido, pois com a remoção de redundâncias o número de portas lógicas em série é reduzido. A aplicação deste algoritmo apresenta bons resultados para circuitos aritméticos. Isto se deve principalmente ao fato do carry ser uma função unate, o que pode introduzir redundâncias no circuito se esta propriedade (de ser unate) não for tratada adequadamente. O algoritmo proposto também abre possibilidades para a criação de outras ferramentas de CAD, como por exemplo: uma ferramenta para análise de timing, um gerador de circuitos aritméticos sem redundâncias, ou ainda uma ferramenta para geração de teste, incluindo lista de falhas, vetores de teste e cobertura de falhas. / Algorithms for digital circuit design aim the reduction of a cost function composed of four criteria: area, delay, power and testability. Usually these algorithms are able to obtain a trade-off for the optimization of two of these criteria. Undesired effects may occur due to the optimization of one of the criteria. For instance, delay optimizations may introduce non testable stuck-at faults (redundancies) in a circuit, this way reducing its testability. Several logic synthesis algorithms exploit specific properties of the logic functions to be synthesized. One example of function with specific properties are the socalled unate functions. An example of this kind of function is the carry-out sign in a full adder circuit. This kind of function require special care in order to avoid redundancy introduction. Shannon decomposition [SHA 38] is used in many logic synthesis algorithms for improving circuit performance. The general case of the Shannon decomposition is represented by a binate (not unate) equation. Redundancies are introduced in a circuit when a binate equation is used to express a unate function. Binary Decision Diagrams (BDDs) are a kind of data structures widely used in the field of logic synthesis. Shannon decomposition is also used to derive circuits from BDDs. This data structure is used to represent logic functions, but it is not able to maintain an irredundant representation of any logic function. Unfortunately, circuits derived from BDDs will possibly have redundancies, specially when Shannon decomposition is used. Some data structures are able to represent any logic function in a irredundant form. This is the case of the VPBDDs [REI 95a] [REI 2000], which have special properties that preserve the testability properties of the functions being represented. Based on VPBDD properties, a novel algorithm for redundancy removal was proposed [MAR 2002]. This algorithm is able to generate irredundant circuits even when the function represented by the VPBDD is unate. In addition to the generation of irredundant circuits, the algorithm guarantees that the circuit delay will not be increased by redundancy removal. The final area may be increased, reduced or even remain the same, considering the number of logic gates. The results obtained in this work indicate that the algorithm is able to perform redundancy removal without increasing the circuit delay. Besides, all the redundant paths in the circuit have their delay reduced, as the number of logic gates in series will be reduced by the redundancy removal process. The application of this algorithm gives good results for arithmetic circuits. This is mainly due to the fact that the carry chain is composed of unate functions, this way redundancies are introduced in the circuit if this property is not adequately treated. The proposed algorithm allows for the creation of other CAD tools, as for instance: a timing analysis tool, a generator of irredundant arithmetic circuits, or even a test generation tool, including list of faults, test vectors as well as fault coverage.

Os algoritmos para síntese de circuitos digitais em geral visam a melhoria de uma função de custo composta de quatro critérios: área, desempenho, potência e testabilidade. Normalmente estes algoritmos conseguem uma relação de compromisso para a otimização de dois critérios. Efeitos indesejáveis também podem surgir com a otimização de um destes critérios. Por exemplo, as otimizações de desempenho podem introduzir falhas de colagem não testáveis (redundâncias) em um circuito, reduzindo a sua testabilidade. Muitos algoritmos de síntese lógica exploram propriedades específicas de determinadas funções a serem sintetizadas. Um exemplo de função com propriedades específicas são as funções ditas unate. Um exemplo deste tipo de função é o sinal de carry de um somador completo. Este tipo de função exige cuidados especiais para evitar a introdução de redundâncias. Muitos dos algoritmos para síntese lógica empregam a decomposição de Shannon para melhorar o desempenho de um circuito. A equação geral da decomposição de Shannon é expressa através de uma função binate. As redundâncias sempre serão introduzidas nos circuitos quando uma equação binate é utilizada para representar uma função unate. Diagramas de Decisão Binária (BDDs) são um tipo estruturas de dados muito utilizadas em algoritmos para síntese lógica. A decomposição de Shannon também é utilizada para derivar circuitos a partir de BDDs. Este tipo de estrutura representa uma função lógica, mas não mantém uma representação sem redundâncias da mesma. Infelizmente, os circuitos derivados a partir desta estrutura poderão ser redundantes, principalmente quando a decomposição de Shannon for utilizada. Existem estruturas de dados capazes de representar uma função sem redundâncias. Este é o caso dos VPBDDs , que possuem propriedades especiais que preservam características de testabilidade da função representada. Baseando-se nas propriedades dos VPBDDs, um novo algoritmo para remoção de redundâncias foi proposto. Este algoritmo é capaz de gerar circuitos sem redundâncias, mesmo quando a função, que é representada pelo VPBDD, é unate. Além da geração de circuitos sem redundâncias, o algoritmo garante que o atraso do circuito não aumenta após a remoção de redundâncias. A área dos circuitos resultantes pode aumentar, diminuir ou permanecer a mesma, considerando o número de portas lógicas utilizadas. Todos os resultados obtidos neste trabalho mostram que o algoritmo consegue realizar a remoção de redundâncias, sem prejudicar o atraso do circuito. Além disso, todos os caminhos redundantes do circuito têm seu atraso reduzido, pois com a remoção de redundâncias o número de portas lógicas em série é reduzido. A aplicação deste algoritmo apresenta bons resultados para circuitos aritméticos. Isto se deve principalmente ao fato do carry ser uma função unate, o que pode introduzir redundâncias no circuito se esta propriedade (de ser unate) não for tratada adequadamente. O algoritmo proposto também abre possibilidades para a criação de outras ferramentas de CAD, como por exemplo: uma ferramenta para análise de timing, um gerador de circuitos aritméticos sem redundâncias, ou ainda uma ferramenta para geração de teste, incluindo lista de falhas, vetores de teste e cobertura de falhas. / Algorithms for digital circuit design aim the reduction of a cost function composed of four criteria: area, delay, power and testability. Usually these algorithms are able to obtain a trade-off for the optimization of two of these criteria. Undesired effects may occur due to the optimization of one of the criteria. For instance, delay optimizations may introduce non testable stuck-at faults (redundancies) in a circuit, this way reducing its testability. Several logic synthesis algorithms exploit specific properties of the logic functions to be synthesized. One example of function with specific properties are the socalled unate functions. An example of this kind of function is the carry-out sign in a full adder circuit. This kind of function require special care in order to avoid redundancy introduction. Shannon decomposition [SHA 38] is used in many logic synthesis algorithms for improving circuit performance. The general case of the Shannon decomposition is represented by a binate (not unate) equation. Redundancies are introduced in a circuit when a binate equation is used to express a unate function. Binary Decision Diagrams (BDDs) are a kind of data structures widely used in the field of logic synthesis. Shannon decomposition is also used to derive circuits from BDDs. This data structure is used to represent logic functions, but it is not able to maintain an irredundant representation of any logic function. Unfortunately, circuits derived from BDDs will possibly have redundancies, specially when Shannon decomposition is used. Some data structures are able to represent any logic function in a irredundant form. This is the case of the VPBDDs [REI 95a] [REI 2000], which have special properties that preserve the testability properties of the functions being represented. Based on VPBDD properties, a novel algorithm for redundancy removal was proposed [MAR 2002]. This algorithm is able to generate irredundant circuits even when the function represented by the VPBDD is unate. In addition to the generation of irredundant circuits, the algorithm guarantees that the circuit delay will not be increased by redundancy removal. The final area may be increased, reduced or even remain the same, considering the number of logic gates. The results obtained in this work indicate that the algorithm is able to perform redundancy removal without increasing the circuit delay. Besides, all the redundant paths in the circuit have their delay reduced, as the number of logic gates in series will be reduced by the redundancy removal process. The application of this algorithm gives good results for arithmetic circuits. This is mainly due to the fact that the carry chain is composed of unate functions, this way redundancies are introduced in the circuit if this property is not adequately treated. The proposed algorithm allows for the creation of other CAD tools, as for instance: a timing analysis tool, a generator of irredundant arithmetic circuits, or even a test generation tool, including list of faults, test vectors as well as fault coverage.

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As arquiteturas resilientes a varia??es de atraso surgiram como uma solu??o promissora para aliviar essas margens de tempo projetadas para o pior caso, melhorando o desempenho do sistema e reduzindo o consumo de energia. Essas arquiteturas incorporam circuitos adicionais para detec??o e recupera??o de viola??es de atraso que podem surgir ao projetar o circuito com margens de tempo menores. Os sistemas ass?ncronos apresentam potencial para melhorar a efici?ncia energ?tica e o desempenho devido ? aus?ncia de um sinal de rel?gio global. Al?m disso, os circuitos ass?ncronos s?o conhecidos por serem robustos a varia??es de processo, tens?o e temperatura. Blade ? um modelo que incorpora as vantagens de projeto ass?ncrono e resilientes a varia??es de atraso. No entanto, o Blade ainda apresenta desafios em rela??o ? sua testabilidade, o que dificulta sua aplica??o comercial ou em larga escala. Embora o projeto visando testabilidade com Scan seja amplamente utilizado na ind?stria, os altos custos de sil?cio associados com o seu uso no Blade podem ser proibitivos. Por outro lado, os circuitos ass?ncronos podem apresentar vantagens para testes funcionais, enquanto o circuito resiliente fornece feedback cont?nuo durante o funcionamento normal do circuito, uma caracter?stica que pode ser aplicada para testes concorrentes. Nesta Tese, a testabilidade do Blade ? avaliada sob uma perspectiva diferente, onde o circuito implementado com o Blade apresenta propriedades de confiabilidade que podem ser exploradas para testes. Inicialmente, um m?todo de classifica??o de falhas que relaciona padr?es comportamentais com falhas estruturais dentro da l?gica de detec??o de erro e uma nova implementa??o orientada para teste desse m?dulo de detec??o s?o propostos. A parte de controle ? analisada para falhas internas, e um novo projeto ? proposto, onde o teste ? melhorado e o circuito pode ser otimizado pelo fluxo de projeto. Um m?todo original de medi??o de tempo das linhas de atraso tamb?m ? abordado. Finalmente, o teste de falhas de atrasos em caminhos cr?ticos do caminho de dados ? explorado como uma consequ?ncia natural de um circuito implementado com Blade, onde o monitoramento cont?nuo para detec??o de viola??es de atraso fornece a informa??o necess?ria para a detec??o concorrente de viola??es que extrapolam a capacidade de recupera??o do circuito resiliente. A integra??o de todas as contribui??es fornece uma cobertura de falha satisfat?ria para um custo de ?rea que, para os circuitos avaliados nesta Tese, pode variar de 4,24% a 6,87%, enquanto que a abordagem Scan para os mesmos circuitos apresenta custo que varia de 50,19% a 112,70% em ?rea, respectivamente. As contribui??es desta Tese demonstraram que, com algumas melhorias na arquitetura do Blade, ? poss?vel expandir sua confiabilidade para al?m de um sistema de toler?ncia a viola??es de atraso no caminho de dados, e tamb?m um avan?o para teste de falhas (inclusive falhas online) de todo o circuito, bem como melhorar seu rendimento, e lidar com quest?es de envelhecimento. / As the VLSI design moves into ultra-deep-submicron technologies, timing margins added due to variabilities in the manufacturing process, operation temperature and supply voltage become a significant part of the clock period in traditional synchronous circuits. Timing resilient architectures emerged as a promising solution to alleviate these worst-case timing margins, improving system performance and/or reducing energy consumption. These architectures embed additional circuits for detecting and recovering from timing violations that may arise after designing the circuit with reduced time margins. Asynchronous systems, on the other hand, have a potential to improve energy efficiency and performance due to the absence of a global clock. Moreover, asynchronous circuits are known to be robust to process, voltage and temperature variations. Blade is an asynchronous timing resilient template that leverages the advantages of both asynchronous and timing resilient techniques. However, Blade still presents challenges regarding its testability, which hinders its commercial or large-scale application. Although the design for testability with scan chains is widely applied in the industry, the high silicon costs associated with its use in Blade can be prohibitive. Asynchronous circuits can also present advantages for functional testing, and the timing resilient characteristic provides continuous feedback during normal circuit operation, which can be applied for concurrent testing. In this Thesis, Blade?s testability is evaluated from a different perspective, where circuits implemented with Blade present reliability properties that can be explored for stuck-at and delay faults testing. Initially, a fault classification method that relates behavioral patterns with structural faults inside the error detection logic and a new test-driven implementation of this detection module are proposed. The control part is analyzed for internal faults, and a new design is proposed, where the test coverage is improved and the circuit can be further optimized by the design flow. An original method for time measuring delay lines is also addressed. Finally, delay fault testing of critical paths in the data path is explored as a natural consequence of a Blade circuit, where the continuous monitoring for detecting timing violations provide the necessary feedback for online detection of these delay faults. The integration of all the contributions provides a satisfactory fault coverage for an area overhead that, for the evaluated circuits in this thesis, can vary from 4.24% to 6.87%, while the scan approach for the same circuits implies an area overhead varying from 50.19% to 112.70%, respectively. The contributions of this Thesis demonstrated that with a few improvements in the Blade architecture it is possible to expand its reliability beyond a timing resilient system to delay violations in the data path, but also advances for fault testing (including online faults) of the entire circuit, yield, and aging.