嵌入式边界扫描

边界扫描(IEEE1149.1)逐渐成为板级测试方法,新的开发使此技术吸引着嵌入式和系统级测试以及系统内编程操作的注意。随着边界扫描步入其第2个十年,新的使人兴奋的前景即将出现。

若用边界扫描做为制造测试和配置,会有不少边界扫描架构嵌入在芯片、板和系统中。如果嵌入硬件和软件边界扫描控制器、测试图形、逻辑可重配置运算等,就可以把这种架构很好地用于产品的整个寿命期。

采用嵌入式扫描,可以用Internet在现场对系统加载固件更新。用同样的方法,远程诊断可以确定系统工作出现故障的原因。

嵌入式边界扫描

系统中嵌入式扫描操作,意味着系统具有JTAG工作的能力,而与任何的其他系统、测试控制器或边界扫描引擎无关。当然,这种能力损害外部加边界扫描操作的重要性。加JTAG主体到被测单元(UUT),或用标准缆线连接外部边界扫描系统到UUT对单元进行编程。嵌入式边界扫描用于制造和现场服务,尽管大多数嵌入式边界扫描应用限于合格/失效测试。合格/失效测试在制造装配中识别问题是有用的。此外,外部边界扫描更广泛的诊断能力可用于诊断制造过程的离线失效。

为了嵌入边界扫描,必须把一个外部边界扫描引擎的某些性能设计到系统中。外部JTAG系统的多少功能嵌入一个特定产品中取决于怎样的嵌入式边界扫描将用于现场产品中。

嵌入式边界扫描需要运行时间JTAG引擎能力和测试向量、编程算法的存储空间。图1示出了一个典型的嵌入式边界扫描测试流程,其中在工厂中独立应用的边界扫描系统产生JTAG测试图形和编程算法,并把它们转换为二进制格式,而且运到现场前存储测试图形和编程算法在系统中。一个嵌入式运行时间引擎汇编边界扫描操作,并把边界扫描操作送到扫描引擎,以便系统应用。

一些商用软件和硬件产品有助于嵌入式扫描测试和编程操作。TI、NS、Firecron和Alliance公司提供嵌入式扫描控制器或测试时序器。这些供应商也提供应用程序实例。边界扫描系统供应商提供其他工具。例如Asset Intertech为TI应用提供向量变换工具,能变换测试程序为串行的向量格式(SVF);为NS器件提供嵌入式向量格式(EVF);为Firecron和Alliance应用提供二进制向量图像(BVI)。

以简单的合格/失效结果报告测试结果,并通信到系统外部预先设定的地点,对于此情况,需要系统内存储器来存储结果。如果想要测试触发改进的诊断程序,则需要提供更多存储器在系统中存储测试结果。



图1 典型的嵌入式边界扫描测试流程。边界扫描软件生成测试向量,并变换串行向量格式(SVF)信息为二进制测试向量(存储在被测系统中),嵌入式测试施加向量到被测硬件

结构问题

带嵌入式边界扫描的系统通常由一个以上的电路板或部件组成。这往往会涉及背板。结构上,必须确定如何最好地实现跨接多个电路板和部件的边界扫描接口。可以选择星或环状结构,但是,这两种结构都是不适当的。最经常用的是多站结构,这种结构对于配置嵌入式边界的扫描是有效的。

在多站结构(图2),可路由所有边界扫描信号到系统中所有的板或部件。每一个板具有一个可寻址的JTAG网关器件,此器件能识别边界扫描信息。网关器件截取信息寻址它,相应地配置本地扫描通路以及施加边界扫描操作到器件,并构建在板上。从TI、NS、Firecon和Alliance 等公司可得到边界扫描网关器件。另外,可以用可编程逻辑器件(PLD)中IP核的形式实现边界扫描网关功能。例如,Lattice公司提供支持扫描链接功能的IP核。另外,Asset公司提供网关器件的器件模式。器件模式能自动把网关器件所包含关系变为边界扫描测试和编程操作。



图2 多站结构路由扫描信号到所有系统板。在"单主机多从机"配置中,一个板上的嵌入式JTAG主机控制全部系统的边界扫描操作。为了失效安全冗余度,可以在每个板上嵌入一个JTAG主机。边界扫描信号可沿背板或者未用通路传输

一旦为嵌入式边界扫描建立了多站结构,可用下面4种方法的一种本地配置系统中的元件：

•无主机,都是从机。在JTAG操作中无主机,一个外部边界扫描总线主机或控制器必须加边界扫描操作。一个商业边界扫描测试系统通常管理所有边界扫描操作,所以不需要专用板上的处理器,也不需要为主处理器开发相应的软件。由于外部系统监控边界扫描操作的结果,所以,不需要为这些结果提供系统内的存储。然而,必须连接一个外部边界扫描系统到被测单元,来执行边界扫描操作。

•单主机,多从机。在多站结构中,用一个嵌入式JTAG主机处理器,可以远程测试、重新编程、重新配置或实时监控系统。当然,仅有一个JTAG主机表示可能的失效点,不带失效安全冗余度。另外,JTAG主机处理器需要软件来协调嵌入式边界扫描操作。而且系统需要软件用的和存储JTAG操作结果的存储器。因为嵌入式边界扫描的专门特性,所以,嵌入式JTAG主机通常是用户为被测系统专门开发的。JTAG主机支持被测试系统和任何远程边界扫描测试或诊断系统之间的通信链路。

•带背板的多主机。对于一个任务危险的系统,可以设计一个具有失效安全冗余度的多JTAG主机。除要求单主机的其他方面外,多主机需要软件在开始JTAG主机失效时,能容易有效地从一个主机到另一个主机。各种标准编程工具可用于开发这些嵌入式专门应用的性能。但与边界扫描系统供应商紧密地协商将保证嵌入式符合JTAG标准的要求,使专门用于嵌入式边界扫描的内部资源最小化。

•无背板的多主机。如果希望JTAG信号断开背板,则可以在每个电路板或子系统上提供一个JTAG主机。每个JTAG主机连接到外部通信链路,通过此链路可以初始化边界扫描操作和回收测试结果。可以同时测试或重新配置所有的板。此方法除了每个模块所需的JTAG网关器件外,增加了JTAG操作的复杂性。因为模块到模块操作用的测试向量和编程对于整个系统必须放在一起,替代一次单个模块。此方法仍然支持远程监控、测试和编程。