故障信息处理测试中的边界扫描技术探析

1、故障信息处理测试中的边界扫描技术探析摘要：边界扫描技术是一种完整的、标准化的可测性 设计方法，它提供了对电路板上元件的功能、互连等进行测 试的一种统一方案，极大地提高了系统测试的效率。该文详 细介绍了边界扫描测试的原理、结构，讨论了边界扫描测试 技术的应用。关键词：边界扫描技术；JTAG边界扫描设计中图分类号： TP311 文献标识码： A 文章编号： 1009-3044(2011)24-6022-02Fault Information Processing Test in Boundary Scan Technology AnalysisZHU Xue-bin(Guilin Universi

2、ty of Electronic Technology, Guilin 541004, China)Abstract: The boundary scan technology is a complete,standardized method of design fortestability, it provides a pair of elements on circuit board function, such as interconnection was tested with a unified plan,greatly improves thesystem efficiency

3、testing. This paper introduces the boundary scan test principle, structure, discussedtheapplication of boundary scan test technology.Key words: boundary scan technology; JTAG; boundary scan design集成电路的发展，特别是 VLSI的出现和表面安装工艺(SMT)的使用，使复杂的数字系统和A SIC的测试变得越来越困难。鉴于此，联合测试行动组( JTAG致力于可测性 设计方法边界扫描技术的标准化工作，并于1

4、990年被IEEE接纳，形成了 IEEE 1149.1测试存取口及边界扫描设计” 标准。JTAG标准通过边界扫描技术使IC各管脚的可控制性和可观察性达到了 100，支持从器件级直至系统级的测试。1 边界扫描技术的基本原理边界扫描技术的工作原理是：JTAG测试仪器使用一个四 线测试接口，将测试数据以串行方式由 TDI 输入到边界扫描 寄存器中，通过TMS发送测试控制命令， 经TAP控制器控制 边界扫描单元完成测试数据的加载和响应数据的采集。最后， 测试响应数据以串行扫描方式由TDO送出到JTAG测试仪器。JTAG测试仪器将捕获到的响应数据与期望的响应进行比较， 如果数据一致，则说明无故障存在。边

5、界扫描测试总线由四个 (另有一个TRSN为可选)专 用引脚组成：测试数据输入(TestData In, TDI)、测试数据输 出(TestData Ou, t TDO)、测试模式选择(TestMode Selec, t TMS)和测试时钟(TestClock TCK)。主要完成测试矢量输入、测试相应输出和测试控制。器件内边界扫描结构主要由测试存取口( TestAccessPo, t TAP)、TAP控制器(TAPController)、指令寄存器(Instruction Register , IR)和 测试数据寄存器(DataRegister, DR)等组成。边界扫描测试的所有操作都是经由测试

6、访问端口，在TAP控制器的统一管辖之下实现的。TAP控制器是一个16位有限状态机，在TCK的上升沿时刻，TAP控制器利用TMS管 脚的控制信号控制IC中的边界扫描单元进行状态转换、测试 数据的加载和测试响应数据的采集。测试指令和数据通过 TDI 输入到测试逻辑，从 TDI 送入的数据在一定的周期(由 指令或是测试数据寄存器决定)后将输出至TDO。简而言之，TAP提供了将指令/数据位流(bit stream )移位进入，或者 移位出核心逻辑的机制。当其为指令位流时，用来选择测试 逻辑的哪个寄存器为有效。当其为测试数据位流时，用来传 送适当的激励/响应到测试逻辑的当前有效组件中。2 边界扫描测试方

7、法 应用边界扫描技术，可实现器件间互连通路测试、器件 和电路板的静态功能测试和器件自测试。不同的测试在不同 的工作方式下进行。这些工作方式可以通过加载相应指令到 指令寄存器来选择。2.1 内测试( IN TEST)内测试测试IC本身的逻辑功能，即测试电路板上集成电 路芯片的内部故障。测试向量由 TDI 输入，并通过扫描路径 移位将测试向量施加到芯片的核心逻辑输入端，边界扫描寄 存器的输出单元捕获核心逻辑的输出值即响应向量，根据输 入向量和输出响应，就可以对电路板上各芯片的内部工作状 态做出测试分析。在进行内测试时，通过边界扫描测试总线发送自测试“RUNBIST命令，将芯片配置为自测试模式，自动

8、完成测 试矢量加载和测试响应分析，并通过边界扫描测试总线输出 测试结果。2.2 外测试方式（ EXTES）T 外测试用于检测各集成电路间连线以及板级互连故障， 包括短路故障和断路故障。 此时边界扫描寄存器把 IC 的内部 逻辑与被测板上其他元件隔离开来。器件间的互连通路测试是边界扫描技术的基本测试类 型之一。基本方法为：从互连网络一端的边界扫描单元加载 输入值，发出外部测试“ EXTEST命令，然后通过互连网络 另一端的边界扫描单元读出响应值，根据输入输出结果即可 判断是否存在互连通路上的故障。在电路板的测试中出现最频繁的是断路和短路故障，传 统的逐点检查的方法既麻烦又费时，而通过边界扫描技术

9、的 外部测试方式，把从TDO端输出的边界扫描寄存器的串行信 号与正确的信号相比较，就可以方便有效地诊断出电路板引 线及芯片引脚间的断路和短路故障。这是边界扫描技术一个 非常显著的优点。2.3 采样测试方式（ SAMPLE RELOAD） 采样测试方式用于对一个正在运行的系统进行实时监 控。当集成电路芯片处于正常工作状态下，将其数据采样下 来，经扫描路径送出来检查系统的性能。采样测试在捕捉阶段从输入端并行输入引脚的数据，为 外测试做准备。输入单元移出器件标识（ID Code）:选择旁路寄存器，使数据在电路芯片间快速移位，可以观察IC正常工作时输入、输出引脚的数据流。此外还有多种测试指令，他们的存在和不断扩充，使边 界扫描技术的应用得以拓展和延伸，为集成电路的测试提供 有效方法。3 边界扫描链路的实现3.1 扫描器件的设置 电路板进行设计时，首先要进行测试性的优化设计，主 要有基于贪婪策略的次优算法和基于色数理论的优化算法， 对电路板上的器件及引脚进行优化，目的就是设置最少的测 试点获得最大测试覆盖面。根据文献中的算法，对故障信息 处理计算机电路的分析设置的测试点主要包括数据和地址 总线、片选信号、DSP的读写信号等进行设置边界扫描点。设计扫描电路时主要有扫描器件直接替换和扫描结构置入两个途径。如果电路中的器件存在同功能的边界扫描器件，则采用器件直接替换；对不存在同功能的边