作者： IPSES， XJTAG

生產(chǎn)后的中度復(fù)雜的印刷電路板（PCB）傳統(tǒng)上使用在線測試（ICT）和功能測試來進(jìn)行檢測。其它的測試方法，例如昂貴的光學(xué)和X光檢查，經(jīng)常是必須的，以來驗(yàn)證BGA被正確地放置。然而，JTAG邊界掃描可以取代ICT，以作為功能測試的自然配對物，并且使光學(xué)與X光檢查不再必要。

ICT是一個隔離測試每個部件或者連接的方法。其使用例如用于簡單模擬部件的保護(hù)技術(shù)等技術(shù)。通過針床或者飛針對被測設(shè)備表面節(jié)點(diǎn)的訪問，被用來驗(yàn)證與這些節(jié)點(diǎn)相連的已安裝的部件的正確性。

圖1.使用保護(hù)技術(shù)測量電阻

盡管這類測試驗(yàn)證了每個單一部件的正確性，它卻不能夠驗(yàn)證一個板卡，當(dāng)通電時，是否能作為一個整體正常運(yùn)行。想要做到這點(diǎn)就必須進(jìn)行功能測試。

盡管新測試方法在繁衍，功能測試依然是認(rèn)定電子系統(tǒng)和板卡正常運(yùn)行的支柱。從概念上來講，這類測試非常簡單-它在于檢測一個被測單元是否真正做到它所被設(shè)計的那樣。一個針床裝置也被融合進(jìn)來以提供測試訪問。這個測試方法的中心單獨(dú)來講是有些局限的，因?yàn)槲覀冎荒艽_認(rèn)每個系統(tǒng)運(yùn)行正常，而不是被隔離的單獨(dú)部件

圖2，一個典型的功能測試裝置

功能測試的一個特征是它可能需要集成許多儀器到測試平臺上。假設(shè)，例如，您需要測試一個被設(shè)計用來處理和無線通訊的板卡。為了執(zhí)行功能測試，您需要使用其它與測試裝置有關(guān)的儀器例如電源，數(shù)字和模擬I/O，RF分析儀器（頻譜和矢量分析器，收發(fā)器，等等），與快速采集設(shè)備（示波器和數(shù)字轉(zhuǎn)換器）來激發(fā)和讀取單個信號。

或許一個例子最能揭示ICT與功能測試的區(qū)別?？紤]一個串聯(lián)接口的MAX202驅(qū)動（見圖3）。ICT可能與檢查充電泵里電容的值有關(guān)，從而確認(rèn)每個部件在隔離下運(yùn)轉(zhuǎn)正常，而功能測試則可能會檢查發(fā)送和接收整個數(shù)據(jù)包。

圖3.MAX232驅(qū)動典型的連接圖

直到最近，ICT才允許在執(zhí)行功能測試之前，容易地驗(yàn)證所有部件的正確安裝。然而，近來可達(dá)到部件密度的增長意味著PCB設(shè)計會經(jīng)常不允許布置足夠數(shù)量的測試點(diǎn)。尤其是BGA部件的針腳在被焊接下后，完全不能被ICT訪問。其結(jié)果是ICT性價比越來越差，越來越不可持續(xù)，并且增加產(chǎn)品交貨期。這個問題最有革新的方案是邊界掃描。

JTAG邊界掃描

JTAG邊界掃描是一個電子測試方法，被設(shè)計用來克服通常與復(fù)雜的、高密度板卡所相關(guān)的測試訪問問題。邊界掃描，按照IEEE 1149.x標(biāo)準(zhǔn)，提供了芯片中一個可以使綜合數(shù)字測試協(xié)議在板卡層面就可適用的的電子線路。

這個線路把用在ICT中的物理探點(diǎn)用邊界掃描單元來替代。它們存在于器件核心邏輯與外部針腳之間，可以在芯片上每個輸入與輸出處捕獲或者驅(qū)入信號。

邊界掃描單元可以在一個物理探頭不能達(dá)到的地方提供虛擬探點(diǎn)，例如BGA下的焊點(diǎn)連接。一些細(xì)間距引線器件不能用物理探頭可靠地檢測，不過邊界掃描再一次可以為這些針腳提供數(shù)字測試訪問。

在器件的正常運(yùn)作下，邊界掃描單元如透明一般。它們可以捕獲通過它們的數(shù)值，使可以觀測數(shù)據(jù)流，而不改變通過它們的信號成為可能。當(dāng)一序列正確的指令 被送到控制針腳（測試模式選擇，TMS）上時，邊界掃描單元還可以通過與它們相連的針腳驅(qū)動出數(shù)值，像一個物理探點(diǎn)或者探針一樣激發(fā)電路。這允許工程師們， 用之前ICT測試同樣的方式，來驗(yàn)證所有部件適當(dāng)?shù)幕ミB（軌跡間短路的缺乏與連續(xù)性的驗(yàn)證），以及這些器件的正確行為。

圖4.邊界掃描部件的簡化圖

邊界掃描單元形成了一個串聯(lián)的掃描路徑，稱為邊界掃描寄存器。一序列需要寫入的數(shù)值可以通過TDI針腳被同步入這個寄存器中，而且一旦數(shù)據(jù)被邊界掃描單元捕獲，它可以通過TDO針腳被同步出去。JTAG器件可以被連接起來形成一個JTAG鏈。鏈中一個器件上的TDO針腳與另一個器件上的TDI針腳相連形成一個單一的寄存器?？刂坪?a href="http://www.www27dydycom.cn/tags/時鐘/" target="_blank">時鐘信號（TMS和TCK）為鏈中的每個器件所共有。

正因?yàn)槿绱?，ICT可以在一定程度上或者完全被侵入性更小的邊界掃描測試所取代，使用邊界掃描單元來代替物理探針。每個JTAG鏈都需要一個適當(dāng)?shù)臏y試訪問端口（TAP），包含四個針腳（TDI，TDO，TMS與TCK，以及一個可選的第五個TRST針腳）在一個外部連接器上。這與一個JTAG控制器相連，通常是一個伴有邊界掃描軟件套裝的小型USB硬件。

雖然JTAG邊界掃描被發(fā)現(xiàn)可以提高整體測試訪問，因而覆蓋率，但是它是一個數(shù)字協(xié)議，所以并不能直接測試模擬部分。邊界掃描訪問僅限于帶有至少一個JTAG器件的網(wǎng)（及與之相連的部件）。許多主導(dǎo)的JTAG邊界掃描系統(tǒng)含有“可測試設(shè)計”工具。它可以在設(shè)計階段顯示一個板卡的測試覆蓋率，突出顯示板卡上沒有足夠JTAG訪問的區(qū)域。在這個階段，或許可以將一個不支持JTAG的器件用一個支持的替換，以增加測試覆蓋率。

新方法：使邊界掃描與功能測試相結(jié)合

想要全面地測試一個系統(tǒng)，邊界掃描測試必須與功能測試一起運(yùn)行。邊界掃描與ICT一樣，只能驗(yàn)證每個部件放置正確以及運(yùn)行正常。它不會驗(yàn)證整個電路像設(shè)計的一樣工作。

當(dāng)把ICT與功能測試（生產(chǎn)結(jié)束時最常見的）相結(jié)合時，工程師幾乎總會發(fā)現(xiàn)它們在兩個不同的工作臺上測試。因?yàn)閷τ诿總€JTAG鏈只需要一個單一連接器上的4個針腳，把邊界掃描融入到一個功能測試裝置上非常容易，并且能節(jié)約寶貴的時間與精力。事實(shí)上一些電子測試專家已經(jīng)開始開發(fā)可以把功能和邊界掃描集成到一個工作臺的裝置和測試臺，以提供具有競爭力的總體成本以及開發(fā)時間的、更完全的設(shè)備。

圖5（左）已將被測設(shè)備插入的集成功能測試與邊界掃描測試裝置

圖6（右）裝置內(nèi)部，功能測試設(shè)備與邊界掃描測試接口相集成的地方。

最大效率

集合功能與邊界掃描測試于一個系統(tǒng)帶來大量的和重要的好處。兩個方法相互補(bǔ)充，在于彌補(bǔ)每個技術(shù)可能的缺陷，以帶來更高的可靠性與有效性。兩個一起使用可能創(chuàng)造其它方式不可能取得的、良好的測試條件。

例如，通過用于功能測試的探針的激發(fā)，可能生成能被邊界掃描鏈所驗(yàn)證的模式，然后可以激活電路中可以被功能測試所驗(yàn)證的部分。集成方法的有效性意味著您不僅可以從一個設(shè)備中運(yùn)行兩種測試類型，還意味著這些測試為板卡的設(shè)計與生產(chǎn)提供了更大的把握。

這些益處可以從一個測試直接與FPGA相連的DAC的簡單例子中看到。使用邊界掃描可以恰當(dāng)?shù)仳?qū)動FPGA的I/O來為DAC的模擬輸出編程，從而可以通過功能測試被捕獲板測量到。另一方面，如果我們考慮一個與FPGA直接相交互的ADC，在功能測試中可以使用一個生成卡來激活前者，然后使用邊界掃描來檢測被ADC讀數(shù)所編譯的位元。

以上的集成方法允許工程師們達(dá)到：

被測設(shè)備（模擬與數(shù)字）上和所有網(wǎng)的所有電路全部或者接近全部的覆蓋率

更短的測試時間-除了邊界掃描與功能測試序列被并行執(zhí)行的事實(shí)，考慮在測試臺上裝載與卸載被測試設(shè)備的時間也是必須。很明顯它在使用兩個工作臺的時候是雙倍的

高性能在線燒錄

更快，更準(zhǔn)確的故障診斷

目前有可用的強(qiáng)大的工具來允許您擁有交互的硬件以及執(zhí)行測試序列的開發(fā)環(huán)境，以用于集成測試系統(tǒng)的開發(fā)。只要簡單地把PXI JTAG模塊裝進(jìn)PXI架里，它就能允許與邊界掃描鏈的交互。它可以和適用于具體應(yīng)用的功能測試的幾個硬件裝備在一起。

盡管邊界掃描測試序列的開發(fā)應(yīng)該用專業(yè)的工具（一個JTAG開發(fā)環(huán)境）來進(jìn)行，生成的序列不僅可以與為功能測試所開發(fā)的序列相關(guān)聯(lián)，您還可以共同管理序列中提供兩類測試交互的部分。這樣，一旦功能和邊界掃描序列開發(fā)完成，并且集成一起，操作員接口將會被獨(dú)特地定制。

通過選擇一個可以允許不同類型硬件容易的結(jié)合模塊測試系統(tǒng)，包括第三方所開發(fā)的，您就有一個可以輕松升級與配置的、集成功能和邊界掃描測試的單一工作臺，不僅可以提供測試的可靠性，而且減少他們的成本與時間。

什么是邊界掃描？

硅設(shè)計方面的進(jìn)步，例如增加器件密度和最近的BGA封裝，使傳統(tǒng)測試方法的功效大打折扣。為了克服這些問題，一些世界領(lǐng)先的硅生產(chǎn)商聯(lián)合起來成立了聯(lián)合測試小組。

這個小組的研究發(fā)現(xiàn)和建議被用來作為IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)，即標(biāo)準(zhǔn)測試訪問端口和邊界掃描結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。這個標(biāo)準(zhǔn)保留了和這個小組的聯(lián)系并且以縮寫JTAG被大家所俗知。

JTAG邊界掃描是一項(xiàng)被設(shè)計用來克服通常與復(fù)雜的、高密度的板相關(guān)聯(lián)之類的測試訪問問題的測試技術(shù)。通過激發(fā)位于例如FPGA與CPLD部件上的邊界掃描單元，工程師們可以用一個JTAG控制器對電路進(jìn)行數(shù)碼地測試，并且使用強(qiáng)大的軟件套裝來精確地找到故障的位置與原因。

因?yàn)椴辉傩枰獪y試點(diǎn)，與ITC和功能測試相關(guān)的物理訪問問題不再是一個問題。測試系統(tǒng)與邊界掃描單元只通過一個4-5線測試總線相連。這必須在板卡設(shè)計中被考慮進(jìn)來以確保可測性。許多領(lǐng)先的JTAG邊界掃描系統(tǒng)銷售商提供可測性設(shè)計指南來鼓勵設(shè)計工程師們?nèi)ミ@樣做。

它是如何工作的？

所有器件核心邏輯與針腳間的信號都被一個稱為邊界掃描寄存器（Boundary Scan Register --- BSR）的串聯(lián)掃描路徑所截獲。在正常工作模式下，邊界掃描單元是隱形的，而在測試模式下，這些單元可以被用來設(shè)置和/或讀取數(shù)值。在邊界掃描過程中，一系列4-5個不同的信號被用來回報電路的性能。

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