裝備電子設(shè)備邊界掃描系列標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試性設(shè)計(jì)技術(shù)研究

劉萌萌,蘇 峰,宋成軍

(中國航空綜合技術(shù)研究所 質(zhì)量工程中心，北京 100028)

裝備電子設(shè)備邊界掃描系列標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試性設(shè)計(jì)技術(shù)研究

劉萌萌,蘇 峰,宋成軍

(中國航空綜合技術(shù)研究所 質(zhì)量工程中心，北京 100028)

隨著新一代電子產(chǎn)品的復(fù)雜化和密集程度的不斷提高，電路和系統(tǒng)的可測(cè)試性急劇下降，傳統(tǒng)測(cè)試技術(shù)已經(jīng)不能滿足需要;針對(duì)我國軍用電子設(shè)備的測(cè)試及診斷工作需求，通過對(duì)IEEE1149系列邊界掃描測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研究分析，分析各標(biāo)準(zhǔn)的特征范圍、適用對(duì)象、各標(biāo)準(zhǔn)相互關(guān)系，可以分析梳理IEEE1149標(biāo)準(zhǔn)在我國軍用電子設(shè)備測(cè)試性設(shè)計(jì)中的可行性和適用性，探索得到將邊界掃描技術(shù)在測(cè)試性設(shè)計(jì)上的應(yīng)用思路;將邊界掃描技術(shù)應(yīng)用于電子設(shè)備不同范圍的測(cè)試設(shè)計(jì)，能有效地解決傳統(tǒng)測(cè)試性設(shè)計(jì)的問題，能夠提升診斷能力，縮減產(chǎn)品生產(chǎn)周期及研制費(fèi)用。

測(cè)試；邊界掃描；測(cè)試性設(shè)計(jì)；標(biāo)準(zhǔn)；數(shù)?；旌想娐?/p>

0 引言

電子系統(tǒng)和設(shè)備的保障性能是影響各武器裝備作戰(zhàn)效能的關(guān)鍵因素，并且隨著新一代武器裝備的日益復(fù)雜化，新型裝備在研制過程中必須更多地考慮到將來測(cè)試維護(hù)的要求。而當(dāng)前，隨著半導(dǎo)體工藝的持續(xù)進(jìn)步，元器件朝著小型化、表面貼裝(surface mounted technology，SMT)等特征發(fā)展，超大規(guī)模集成電路得到了大量的使用，這使得武器裝備電子設(shè)備具有很高的集成度和數(shù)字化程度。該特點(diǎn)使得印制電路板上的芯片管腳越來越密集，管腳距離越來越小，有的甚至完全成為隱性的不可達(dá)節(jié)點(diǎn)，降低了電路節(jié)點(diǎn)的物理可訪問性，電路和系統(tǒng)的可測(cè)試性急劇下降，傳統(tǒng)的測(cè)試技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要，這給裝備電子設(shè)備的故障診斷和測(cè)試提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。針對(duì)上述問題，JTAG(joint test action group，聯(lián)合測(cè)試工作組)組織提出了邊界掃描測(cè)試技術(shù)，其通過存在于器件輸入輸出管腳與內(nèi)核電路之間的邊界掃描單元(boundary scan cell，BSC)對(duì)器件及其外圍電路進(jìn)行測(cè)試，即以“虛擬探針”代替物理探針進(jìn)行測(cè)試和故障診斷。該技術(shù)可提高器件的可控性和可觀性，克服復(fù)雜集成電路測(cè)試的在物理訪問限制上的技術(shù)障礙，為芯片集成度提高帶來的測(cè)試難題提供有效且低成本的解決方法，有效解決傳統(tǒng)測(cè)試性設(shè)計(jì)的問題。

本文基于我國武器裝備診斷及測(cè)試需求，對(duì)IEEE1149系列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究分析，分析其在我國軍用電子設(shè)備測(cè)試性設(shè)計(jì)中的可行性和適用性，并形成一種從板級(jí)到系統(tǒng)級(jí)的數(shù)?；旌想娐窚y(cè)試性設(shè)計(jì)方法。

1 IEEE1149系列邊界掃描測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)分析

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，已形成IEEE1149系列邊界掃描測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)包括：《IEEE1149.1-2001測(cè)試訪問端口與邊界掃描結(jié)構(gòu)》標(biāo)準(zhǔn)、《IEEE1149.4-2010 混合信號(hào)測(cè)試總線》標(biāo)準(zhǔn)、《IEEE1149.5-1995模塊測(cè)試與維護(hù)總線(MTM總線)協(xié)議》標(biāo)準(zhǔn)、《IEEE1149.6-2003先進(jìn)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的邊界掃描測(cè)試》標(biāo)準(zhǔn)、《IEEE1149.7-2009 緊湊型增強(qiáng)測(cè)試存取端口和邊界掃描結(jié)構(gòu)》標(biāo)準(zhǔn)。不同標(biāo)準(zhǔn)有不同的適用范圍和目的，標(biāo)準(zhǔn)之間互相補(bǔ)充與兼容，共同為復(fù)雜集成電路的測(cè)試提供解決方案。

1.1 面向數(shù)字電路測(cè)試的IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)

IEEE1149.1全稱為IEEE 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試訪問端口與邊界掃描結(jié)構(gòu)(IEEE Standard Test Access Port and Boundary-Scan Architecture)，也稱為JTAG標(biāo)準(zhǔn)，其是為數(shù)字集成電路和混合信號(hào)電路的數(shù)字信號(hào)部分定義的一組測(cè)試訪問端口與邊界掃描體系結(jié)構(gòu)。是IEEE1149系列標(biāo)準(zhǔn)中最核心最基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)可為高復(fù)雜性數(shù)字集成電路和高密度裝配的印制電路板的測(cè)試問題提供一套完整的、標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字電路可測(cè)試性設(shè)計(jì)方法。

IEEE1149.1主要針對(duì)數(shù)字電路部分實(shí)現(xiàn)測(cè)試。其基本思想是在靠近集成電路(IC)的每一輸入/輸出(I/O)管腳處增加一個(gè)移位寄存器和鎖存器單元，即邊界掃描單元(Boundary Scan Cell， BSC)；以使IC邊界的信號(hào)完全可控、可觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)IC管腳狀態(tài)的串行設(shè)定和讀取，從而提供芯片級(jí)、電路板級(jí)乃至系統(tǒng)級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試框架。IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)給出了一個(gè)邊界掃描測(cè)試的基本結(jié)構(gòu)，如圖1。

在邊界掃描系列標(biāo)準(zhǔn)IEEE1149中，IEEE1149.1是第一個(gè)、也是最基礎(chǔ)最核心的標(biāo)準(zhǔn)，其對(duì)面向數(shù)字集成電路、及混合信號(hào)電路的數(shù)字部分的測(cè)試訪問端口與邊界掃描體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了定義，給出了邊界掃描測(cè)試的基本原理、技術(shù)、要素和典型實(shí)現(xiàn)思路。是在系統(tǒng)、板級(jí)及芯片級(jí)各層次研究和應(yīng)用邊界掃描技術(shù)的基礎(chǔ)性標(biāo)準(zhǔn)。

IEEE1149.1是目前整個(gè)IEEE1149標(biāo)準(zhǔn)中最基礎(chǔ)、應(yīng)用最廣，而且得到的支持也最完善的子標(biāo)準(zhǔn)。有多種專用芯片支持邊界掃描測(cè)試的實(shí)現(xiàn)，如TI公司研究生產(chǎn)了嵌入式測(cè)試控制器SN74LVT8980，以及能實(shí)現(xiàn)多鏈結(jié)構(gòu)的掃描鏈連接器SN74ACT8997和SN74ACT8999等。同時(shí)主流芯片商的很多數(shù)字芯片系列中都有內(nèi)置邊界掃描單元的類型，尤其在現(xiàn)今使用的大規(guī)模集成芯片，如：MCU、DSP、FPGA、CPLD等可編程器件，均插入了邊界掃描測(cè)試結(jié)構(gòu)。另一方面，除了支持邊界掃描的芯片外，目前已有上百種邊界掃描測(cè)試工具用以支撐測(cè)試向量生成、測(cè)試向量加載、TAP控制器的在線編程等功能。

邊界掃描技術(shù)在支持產(chǎn)品測(cè)試方面，提供測(cè)試類型包含器件完備性測(cè)試、集成芯片間的互連測(cè)試、功能測(cè)試及采樣測(cè)試等。

1)器件完備性測(cè)試的應(yīng)用對(duì)象是芯片的邊界掃描結(jié)構(gòu)和電路板的邊界掃描通路，用于診斷芯片內(nèi)部的掃描單元功能是否正常，即判斷芯片本身的好壞，不對(duì)產(chǎn)品功能進(jìn)行診斷的作用。

2)器件間互連測(cè)試用于測(cè)試器件管腳狀態(tài)及器件間互連。在此方式中，引腳需要產(chǎn)生激勵(lì)，如果電路正在正常工作，則會(huì)破壞電路的工作時(shí)序，造成系統(tǒng)紊亂，故該診斷方式僅能在系統(tǒng)不在工作狀態(tài)時(shí)進(jìn)行?？捎糜谘b備產(chǎn)品任務(wù)執(zhí)行前/后的機(jī)內(nèi)診斷如加電BIT、維護(hù)BIT等；以及外部測(cè)試設(shè)備的設(shè)計(jì)。在此種診斷模式下，停止產(chǎn)品運(yùn)行，強(qiáng)制進(jìn)入診斷模式。

3)功能測(cè)試包括自測(cè)試、內(nèi)測(cè)試和簇測(cè)試。自測(cè)試和內(nèi)測(cè)試主要是為了檢查器件的片內(nèi)邏輯是否正確。而簇測(cè)試針對(duì)的對(duì)象為非邊界掃描器件，通過使用具備邊界掃描機(jī)制的元器件為不具備該機(jī)制的元器件供給測(cè)試通路，實(shí)現(xiàn)測(cè)試。

4)采樣測(cè)試即基于邊界掃描的采樣工作方式對(duì)引腳狀態(tài)的實(shí)時(shí)讀取。該方式一般用于可用于對(duì)底層數(shù)據(jù)源的監(jiān)控；以及支持在線BIT及其他類型BIT中數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與采集部分的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，也可為外部測(cè)試設(shè)備的設(shè)計(jì)提供測(cè)試端口。

1.2 面向模擬及數(shù)?；旌闲盘?hào)電路測(cè)試的IEEE 1149.4標(biāo)準(zhǔn)

隨著電子技術(shù)不斷發(fā)展，只含有數(shù)字電路的電子系統(tǒng)逐漸被淘汰，很多大型復(fù)雜的電子系統(tǒng)中包括了模擬電路和數(shù)字電路以及混合信號(hào)電子電路。而IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)只支持?jǐn)?shù)字邊界掃描測(cè)試，不支持對(duì)模擬電路的測(cè)試。為解決這一難題，為擴(kuò)展邊界掃描技術(shù)的應(yīng)用范圍，IEEE標(biāo)準(zhǔn)化組織推出了IEEE1149.4標(biāo)準(zhǔn)(IEEE Standard for a Mixed-Signal Test Bus，混合信號(hào)測(cè)試總線標(biāo)準(zhǔn))。它不僅兼容IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)，還擴(kuò)展了模擬掃描測(cè)試資源，給模擬信號(hào)的測(cè)試提供虛擬測(cè)試接入，規(guī)范了模擬電路及混合信號(hào)電路的邊界掃描測(cè)試。

IEEE1149.4標(biāo)準(zhǔn)的基本思想是將模擬邊界模塊加入到電路中模擬信號(hào)的輸入輸出引腳和核心電路之間，在電路中形成一系列虛觸點(diǎn)，并在IEEE1149.1基礎(chǔ)之上增添了一些模擬測(cè)試結(jié)構(gòu)、測(cè)試指令和特殊約定，來實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬及數(shù)?；旌想娐返臏y(cè)試。它可以和IEEE1149.1兼容，也可以說它是1149.1的一個(gè)超集。IEEE1149.4標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 IEEE 1149.4標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試結(jié)構(gòu)

IEEE1149.4的應(yīng)用同樣要求被檢測(cè)芯片內(nèi)部設(shè)計(jì)需要邊界掃描單元(BSC)，并且芯片構(gòu)成掃描鏈。如果片內(nèi)沒有內(nèi)置BSC單元，則需要對(duì)被檢測(cè)芯片外擴(kuò)邊界掃描單元來進(jìn)行有效的診斷。1149.4不但支持模擬信號(hào)的測(cè)試，也支持原先數(shù)字信號(hào)的測(cè)試功能。

IEEE1149.4支持的模擬信號(hào)邊界掃描測(cè)試類型，主要包括簡(jiǎn)單互連測(cè)試、擴(kuò)展互連測(cè)試以及內(nèi)部測(cè)試等。其中簡(jiǎn)單互連及內(nèi)部測(cè)試的基本目標(biāo)都與1149.1類似。而其特有的擴(kuò)展互連測(cè)試，也稱為參數(shù)測(cè)試，其主要針對(duì)印制電路上分立元件的參數(shù)和電路模擬特性進(jìn)行的測(cè)試，即可以利用該測(cè)試功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬特性參數(shù)的測(cè)量。

由于模數(shù)混合電路比數(shù)字電路復(fù)雜很多，它的測(cè)試難度和復(fù)雜性以及不可預(yù)知性都是數(shù)字電路測(cè)試中所不存在的。所以IEEE1149.4與IEEE1149.1相比并沒有得到芯片設(shè)計(jì)者和制造廠商廣泛的接受。目前除了支持IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)的各芯片外，支持IEEE1149.4的產(chǎn)品主要有National Semiconductor公司生產(chǎn)的STA400芯片。但隨著模數(shù)混合電路的復(fù)雜性、集成度的不斷提升，以及對(duì)電路可靠要求的不斷提高，應(yīng)用數(shù)?；旌线吔鐠呙杓夹g(shù)可以大大提高電子產(chǎn)品的測(cè)試性，IEEE 1149.4還是具有研究前景和應(yīng)用價(jià)值。

1.3 板級(jí)通訊協(xié)議IEEE 1149.5標(biāo)準(zhǔn)

IEEE1149.5全稱為模塊測(cè)試與維護(hù)總線協(xié)議(IEEE Standard for Module Test and Maintenance Bus Protocol)，其定義了模塊測(cè)試與維護(hù)總線(MTM 總線)。MTM 總線是用于電子設(shè)備的系統(tǒng)測(cè)試、診斷及維護(hù)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)底板總線，其實(shí)質(zhì)是將芯片及板級(jí)的邊界掃描測(cè)試擴(kuò)展到系統(tǒng)級(jí)。通過MTM總線能用相對(duì)較少的測(cè)試費(fèi)用完成元件級(jí)、板級(jí)、子系統(tǒng)和系統(tǒng)級(jí)的測(cè)試維護(hù)，快速定位故障，特別是現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試維護(hù)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)在測(cè)試和維護(hù)方面的智能化。該標(biāo)準(zhǔn)已轉(zhuǎn)化為國軍標(biāo)——GJB 5440-2005。

該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的MTM 總線協(xié)議，確定了在MTM 總線上子系統(tǒng)測(cè)試控制模塊(MTM 總線主模塊)與其余模塊(MTM 總線從模塊)之間的通信方法。通過MTM 總線，可傳輸測(cè)試與維護(hù)命令及串行數(shù)據(jù)。MTM總線可以作為整個(gè)測(cè)試與維護(hù)接口體系結(jié)構(gòu)的一部分，該體系結(jié)構(gòu)中還可以包括其他的測(cè)試總線。

1.4 面向交流耦合信號(hào)的IEEE 1149.6標(biāo)準(zhǔn)

隨著千兆位通信協(xié)議使用的增多，以太網(wǎng)、同步光纖網(wǎng)絡(luò)、同步光學(xué)技術(shù)和無線帶寬等都廣泛應(yīng)用到了交流耦合技術(shù)，而這類信號(hào)的測(cè)試傳統(tǒng)上需要在電路中設(shè)置預(yù)留測(cè)試點(diǎn)，使用高帶寬邏輯分析儀、示波器等儀器來實(shí)現(xiàn)測(cè)試，測(cè)試方式復(fù)雜且耗時(shí)。IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)可以很好地解決器件直流引腳的測(cè)試問題，但是對(duì)于電路中普遍應(yīng)用的交流引腳卻是無能為力。同時(shí)，該類信號(hào)的故障類型(如差分管腳中正極管腳的開路、交流耦合結(jié)構(gòu)中耦合電容的短路等)很多具有一定的隱蔽性，如不能及時(shí)做出診斷，勢(shì)必會(huì)引起安全隱患。

為解決對(duì)高速數(shù)字網(wǎng)絡(luò)中交流耦合差分信號(hào)的測(cè)試，IEEE推出了IEEE 1149.6標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)兼容了IEEE 1149.1，對(duì)于已存在的邊界掃描測(cè)試工作影響較小，具有高可靠性、高故障覆蓋率和噪聲抑制能力強(qiáng)等特點(diǎn)。通過新增的測(cè)試結(jié)構(gòu)、測(cè)試指令和交流測(cè)試說明，可以檢測(cè)交流耦合、差分信號(hào)傳輸路徑上的器件開路、短路等多種類型故障。

國外對(duì)于IEEE 1149.6標(biāo)準(zhǔn)研究較多，技術(shù)相對(duì)成熟。在該標(biāo)準(zhǔn)提出之后，很多器件廠商都設(shè)計(jì)了符合該標(biāo)準(zhǔn)的芯片，同時(shí)也涌現(xiàn)出較多測(cè)試工具，可為IEEE1149.6的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)和推廣提供支持，但目前國內(nèi)對(duì)于該標(biāo)準(zhǔn)的研究與應(yīng)用還相對(duì)較少。

1.5 面向多內(nèi)核密集芯片/板級(jí)測(cè)試的IEEE 1149.7標(biāo)準(zhǔn)

IEEE 1149.7 (Reduced-Pin and Enhanced-Functionality Test Access Port and Boundary-Scan Architecture)是IEEE 1149系列標(biāo)準(zhǔn)的最新成員。其作為一種全新的雙引腳測(cè)試與調(diào)試接口標(biāo)準(zhǔn)。除了保持與IEEE 1149.1的兼容之外，還改進(jìn)了調(diào)試功能，并大幅降低了測(cè)試與調(diào)試引腳數(shù)的要求，使設(shè)計(jì)人員能夠輕松測(cè)試并調(diào)試具有復(fù)雜數(shù)字電路、多CPU以及應(yīng)用軟件的產(chǎn)品。具體來說，其特點(diǎn)主要體現(xiàn)為如下幾個(gè)方面。

1)相對(duì)于IEEE1149.1只有1個(gè)持續(xù)耗電狀態(tài)，IEEE1149.7提供4種啟用超低功耗裝置的可選取功耗模式，該特點(diǎn)使得IEEE1149.7標(biāo)準(zhǔn)在板級(jí)測(cè)試或大規(guī)模集成系統(tǒng)測(cè)試中能夠盡量減少對(duì)原系統(tǒng)的功耗需求。通過測(cè)試和調(diào)試需求設(shè)置功耗，既實(shí)現(xiàn)了對(duì)能源的節(jié)省，也降低了對(duì)原系統(tǒng)的干擾。

2)可于具有多個(gè)裝置的系統(tǒng)中迅速存取特定裝置。透過系統(tǒng)層級(jí)旁路執(zhí)行，可大幅縮短掃描鏈，并直接改善效能。通過優(yōu)化的掃描鏈設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)被測(cè)目標(biāo)系統(tǒng)的快速定位和尋址，該特點(diǎn)可以應(yīng)用于電子系統(tǒng)的故障診斷和定位，以及系統(tǒng)的自檢設(shè)計(jì)。

3)采用星型拓?fù)?star topology)，簡(jiǎn)化裝置間的聯(lián)系，使得與被測(cè)系統(tǒng)的級(jí)聯(lián)和集成得以簡(jiǎn)化，接口形式使用更靈活。

4)與IEEE1149.1所需的四引腳運(yùn)行相比使用雙引腳運(yùn)行。由于現(xiàn)今的大多數(shù)系統(tǒng)皆集成多個(gè)IC，并有嚴(yán)格的尺寸限制，因此減少接腳數(shù)及信號(hào)線有助于設(shè)計(jì)人員達(dá)到體積尺寸目標(biāo)，并便于加入其它功能接腳并/或降低封裝成本。

這些特性使得IEEE1149.7標(biāo)準(zhǔn)在復(fù)雜處理器，多IP架構(gòu)，低功耗測(cè)試，以及快速測(cè)試方面具備新的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，該標(biāo)準(zhǔn)得到了多家半導(dǎo)體集成電路制造廠商的大力支持和應(yīng)用，促進(jìn)了該標(biāo)準(zhǔn)在集成電路/芯片設(shè)計(jì)行業(yè)的迅速的發(fā)展。這些特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)使得該標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用越來越廣泛，并且逐漸成為當(dāng)前邊界掃描技術(shù)發(fā)展的主流趨勢(shì)。

2 基于邊界掃描的混合電路系統(tǒng)級(jí)測(cè)試性設(shè)計(jì)技術(shù)

根據(jù)IEEE1149.1、IEEE1149.4及IEEE149.5(GJB 5440-2005)標(biāo)準(zhǔn)，可以給出一種基于邊界掃描的數(shù)?；旌舷到y(tǒng)級(jí)電路的測(cè)試性設(shè)計(jì)方法。該方法的基本思路為：針對(duì)數(shù)?；旌想娐诽攸c(diǎn)，配置邊界掃描單元，構(gòu)建掃描鏈；并在此基礎(chǔ)上通過統(tǒng)一的邊界掃描TAP控制器和測(cè)試向量，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字模擬混合電路的邊界掃描機(jī)內(nèi)測(cè)試。其中，邊界掃描單元分別針對(duì)數(shù)字和模擬電路實(shí)現(xiàn)不同配置，并構(gòu)成統(tǒng)一的掃描鏈。邊界掃描TAP控制器可根據(jù)設(shè)計(jì)需求，分為系統(tǒng)級(jí)和板級(jí)，系統(tǒng)和板級(jí)通過測(cè)試和維護(hù)總線(MTM總線)相連；板級(jí)TAP控制器構(gòu)成板級(jí)掃描鏈的核心；板級(jí)測(cè)試向量是基于電路網(wǎng)表文件和邊界掃描鏈路上芯片的BSDL文件，通過軟件自動(dòng)生成，并在主控制器設(shè)計(jì)時(shí)，部署于其中。

在工作時(shí)，主控制器將預(yù)置的各板級(jí)測(cè)試向量加載給系統(tǒng)級(jí)的TAP控制器，系統(tǒng)級(jí)TAP控制器通過MTM總線，將各測(cè)試向量下載給對(duì)應(yīng)的板級(jí)TAP控制器，各板級(jí)TAP控制器分別執(zhí)行各電路板的邊界掃描測(cè)試，并將測(cè)試結(jié)果上傳給系統(tǒng)級(jí)TAP控制器和主控制器，主控制器通過對(duì)測(cè)試結(jié)果的對(duì)比分析，識(shí)別并定位系統(tǒng)級(jí)和各板級(jí)電路的故障。

整體設(shè)計(jì)包含掃描鏈路模塊、邊界掃描控制器、主控制器、測(cè)試向量存儲(chǔ)器。下面給出基于邊界掃描的板級(jí)測(cè)試性設(shè)計(jì)框圖，如圖3。

圖3 基于邊界掃描的板級(jí)測(cè)試性設(shè)計(jì)框圖

1)掃描鏈路模塊：其作用是依照IEEE1149邊界掃描標(biāo)準(zhǔn)，將被測(cè)數(shù)?；旌想娐分写\斷芯片以串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)混合的方式連接起來，掃描鏈路模塊包括：模擬邊界掃描單元、數(shù)字邊界掃描單元、掃描鏈。其中，模擬邊界掃描單元是針對(duì)被測(cè)數(shù)?；旌想娐分心M電路配置的，通過掃描鏈與被測(cè)數(shù)?；旌想娐贰⑦吔鐠呙杩刂破骱蛿?shù)字邊界掃描單元連接，作用是基于邊界掃描控制器的控制，實(shí)現(xiàn)不同的開關(guān)配置，將符合IEEE1149標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描單元連接到被測(cè)數(shù)模混合電路的模擬電路部分的各待診斷芯片上；而數(shù)字邊界掃描單元是針對(duì)被測(cè)數(shù)?；旌想娐分袛?shù)字電路部分配置的，通過掃描鏈與被測(cè)數(shù)模混合電路、邊界掃描控制器和模擬邊界掃描單元連接，作用是為各要求診斷的數(shù)字芯片配置符合IEEE1149標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描單元；連接各邊界掃描模塊的掃描鏈的作用是實(shí)現(xiàn)被測(cè)數(shù)?；旌想娐放c模擬邊界掃描單元、數(shù)字邊界掃描單元的連接，邊界掃描控制器與模擬邊界掃描單元、數(shù)字邊界掃描單元的連接，以及模擬邊界掃描單元和數(shù)字邊界掃描單元之間的連接。

2)邊界掃描控制器：其與掃描鏈路模塊和主控制器連接，作用是將測(cè)試向量通過掃描鏈路模塊加載到各待診斷芯片中，并通過掃描鏈路模塊采集邊界掃描的測(cè)試返回值，發(fā)送給主控制器進(jìn)行診斷。邊界掃描控制器由系統(tǒng)級(jí)邊界掃描控制器和板級(jí)邊界掃描控制器構(gòu)成，其中，系統(tǒng)級(jí)邊界掃描控制器以MTM主控內(nèi)核為核心，板級(jí)邊界掃描控制器以MTM從模塊內(nèi)核和TAP控制器內(nèi)核為核心，系統(tǒng)級(jí)邊界掃描控制器和板級(jí)邊界掃描控制器之間以MTM總線連接。

3)主控制器：其與邊界掃描控制器和測(cè)試向量存儲(chǔ)器連接，作用是調(diào)用測(cè)試向量存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的測(cè)試向量，加載給邊界掃描控制器，并接收邊界掃描控制器發(fā)送的邊界掃描測(cè)試返回值，執(zhí)行故障診斷，生成診斷結(jié)果；

4)測(cè)試向量存儲(chǔ)器：測(cè)試向量存儲(chǔ)器與主控制器連接，作用是存儲(chǔ)測(cè)試向量，由主控制器調(diào)用；用于邊界掃描故障檢測(cè)的測(cè)試向量是根據(jù)被測(cè)數(shù)?；旌想娐返碾娐肪W(wǎng)表文件和各待診斷芯片的BSDL(Boundary-Scan Description Language，邊界掃描描述語言)文件生成的：依據(jù)電路網(wǎng)表文件以及待診斷芯片的BSDL文件，通過網(wǎng)表解析算法及BSDL解析算法，解析得到向量生成所需的中間數(shù)據(jù)包括各待診斷芯片的標(biāo)識(shí)信息、引腳信息、以及各芯片之間存在的互連信息、邊界掃描指令和結(jié)構(gòu)信息，并結(jié)合網(wǎng)表文件和BSDL文件，根據(jù)指定的掃描鏈?zhǔn)仔酒R(shí)別整體鏈路結(jié)構(gòu)；結(jié)合算法生成得到的中間數(shù)據(jù)信息和鏈路結(jié)構(gòu)，針對(duì)逐個(gè)節(jié)點(diǎn)生成測(cè)試向量存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的測(cè)試向量。

3 結(jié)論

基于我國武器裝備診斷及測(cè)試需求，本文對(duì)IEEE1149系列邊界掃描測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)(IEEE1149.1、1149.4、1149.6、1149.7)開展研究，分析了邊界掃描技術(shù)在數(shù)字電路、數(shù)?；旌想娐?、交流耦合差分電路等的測(cè)試上應(yīng)用的可行性和適用性，探索了在數(shù)字電路及數(shù)?；旌想娐分袘?yīng)用邊界掃描測(cè)試架構(gòu)進(jìn)行測(cè)試性設(shè)計(jì)的方法。

邊界掃描技術(shù)在測(cè)試上有多種應(yīng)用思路和領(lǐng)域。在適用范圍上，其能夠滿足數(shù)字電路、數(shù)?；旌想娐贰⒔涣黢詈喜罘蛛娐吩谝欢ǚ秶鷥?nèi)的測(cè)試需求，能夠支持系統(tǒng)級(jí)加電BIT、在線BIT、啟動(dòng)/維護(hù)BIT、測(cè)試設(shè)備等各類測(cè)試性設(shè)計(jì)。

并且，邊界掃描技術(shù)具備一定的技術(shù)成熟度，擁有多種芯片、軟件、設(shè)備提供的應(yīng)用支持。目前大部分復(fù)雜芯片都帶有邊界掃描機(jī)制，支持JTAG標(biāo)準(zhǔn)，并且這些芯片都已得到廣泛的支持與應(yīng)用。這些芯片的應(yīng)用為基于邊界掃描的測(cè)試性設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)。

無論是從技術(shù)優(yōu)勢(shì)，還是從推廣應(yīng)用的可行性上來說，邊界掃描技術(shù)都已成為實(shí)現(xiàn)BIT測(cè)試、改善裝備的BIT性能、提高測(cè)試性的重要手段。同時(shí)，由于邊界掃描測(cè)試具有非常高的故障覆蓋率，并且診斷時(shí)間短，因此特別適合武器裝備現(xiàn)場(chǎng)維修的要求。邊界掃描技術(shù)應(yīng)用于裝備產(chǎn)品的測(cè)試性設(shè)計(jì)，能夠解決傳統(tǒng)測(cè)試存在的問題，對(duì)于降低軍品的生產(chǎn)周期、研制費(fèi)用、平均維修時(shí)間等方面具有重要意義。

[1] 徐建潔. 邊界掃描測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].長沙：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué),2005.

[2] 潘小龍. 基于邊界掃描技術(shù)的測(cè)試系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D].南京：南京航空航天大學(xué), 2008.

[3] 呂彩霞. JTAG的設(shè)計(jì)與研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2006.

[4] 王 寧. 基于邊界掃描的非完全BS電路板測(cè)試診斷技術(shù)[J].半導(dǎo)體技術(shù), 2005, 30(12):38-41.

[5] 謝正光, 雷 加.混合信號(hào)總線測(cè)試方法及應(yīng)用研究[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制, 2004, 12(9): 801-803.

[6] 趙志宏,陳 冬,李小珉.IEEE1149.6可檢測(cè)端口與故障判定[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制, 2006, 14(3):301-304.

[7] 陳壽宏,顏學(xué)龍,黃 新.基于IEEE1149.7標(biāo)準(zhǔn)的CJTAG測(cè)試設(shè)計(jì)方法研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用, 2013, 39(1):79-82.

[8] 江 坤.基于IEEE1149.7的TAP控制器命令研究[J].國外電子測(cè)量技術(shù), 2013, 32(05):41-44.

[9] 黃 新,蔡 俊.基于JTAG的星型掃描技術(shù)的研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用, 2012, 38(3):88-91,95.

[10] 江 坤,高俊強(qiáng).基于IEEE1149.7的TAP控制器命令研究[J].國外電子測(cè)量技術(shù), 2013, 32(5):41-43,56.

Research on IEEE Boundary-Scan Standard and Testability Design for Electronic Equipment

Liu Mengmeng，Su Feng，Song Chengjun

(AVIC Aero-Ploy Technology Establishment, Beijing 100028, China)

With the increasing complexity of the new generation electron products, the testability of circuits and systems decreases sharply. Traditional technology cannot meet the requirements of tests, so it has raised challenge in the failure diagnosis and maintenance of electronics-equipped device. Considered the need of testability of electronics, the IEEE1149 standards’ characteristics, elements, purpose and relationship is researched; and also the viability and applicability of IEEE1149 standards’ in electronic equipment testability design is analyzed, and the way to apply boundary-scan technology in testability design is discovered. The basis and reference to the national application of boundary-scan test technology in electronic equipment. Boundary-Scan test technology can solve the traditional testability design problem effectively, playing an important role in improving diagnosis ability, shortening product manufacture cycle and research cost.

test; boundary-scan; testability design; standardization; digital-analog mixed circuit

2015-12-18；

2016-05-31。

劉萌萌(1985-)，女，江西南昌人，碩士研究生，高工，主要從事測(cè)試性設(shè)計(jì)分析與驗(yàn)證評(píng)價(jià)方向的研究。

1671-4598(2017)02-0008-04

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.02.002

TP274

A