嵌入式邊界掃描
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若用邊界掃描做為制造測試和配置,會有不少邊界掃描架構嵌入在芯片、板和系統中。如果嵌入硬件和軟件邊界掃描控制器、測試圖形、邏輯可重配置運算等,就可以把這種架構很好地用于產品的整個壽命期。
采用嵌入式掃描,可以用Internet在現場對系統加載固件更新。用同樣的方法,遠程診斷可以確定系統工作出現故障的原因。
嵌入式邊界掃描
系統中嵌入式掃描操作,意味著系統具有JTAG工作的能力,而與任何的其他系統、測試控制器或邊界掃描引擎無關。當然,這種能力損害外部加邊界掃描操作的重要性。加JTAG主體到被測單元(UUT),或用標準纜線連接外部邊界掃描系統到UUT對單元進行編程。嵌入式邊界掃描用于制造和現場服務,盡管大多數嵌入式邊界掃描應用限于合格/失效測試。合格/失效測試在制造裝配中識別問題是有用的。此外,外部邊界掃描更廣泛的診斷能力可用于診斷制造過程的離線失效。
為了嵌入邊界掃描,必須把一個外部邊界掃描引擎的某些性能設計到系統中。外部JTAG系統的多少功能嵌入一個特定產品中取決于怎樣的嵌入式邊界掃描將用于現場產品中。
嵌入式邊界掃描需要運行時間JTAG引擎能力和測試向量、編程算法的存儲空間。圖1示出了一個典型的嵌入式邊界掃描測試流程,其中在工廠中獨立應用的邊界掃描系統產生JTAG測試圖形和編程算法,并把它們轉換為二進制格式,而且運到現場前存儲測試圖形和編程算法在系統中。一個嵌入式運行時間引擎匯編邊界掃描操作,并把邊界掃描操作送到掃描引擎,以便系統應用。
一些商用軟件和硬件產品有助于嵌入式掃描測試和編程操作。TI、NS、Firecron和Alliance公司提供嵌入式掃描控制器或測試時序器。這些供應商也提供應用程序實例。邊界掃描系統供應商提供其他工具。例如Asset Intertech為TI應用提供向量變換工具,能變換測試程序為串行的向量格式(SVF);為NS器件提供嵌入式向量格式(EVF);為Firecron和Alliance應用提供二進制向量圖像(BVI)。
以簡單的合格/失效結果報告測試結果,并通信到系統外部預先設定的地點,對于此情況,需要系統內存儲器來存儲結果。如果想要測試觸發改進的診斷程序,則需要提供更多存儲器在系統中存儲測試結果。
圖1 典型的嵌入式邊界掃描測試流程
結構問題
帶嵌入式邊界掃描的系統通常由一個以上的電路板或部件組成。這往往會涉及背板。結構上,必須確定如何最好地實現跨接多個電路板和部件的邊界掃描接口。可以選擇星或環狀結構,但是,這兩種結構都是不適當的。最經常用的是多站結構,這種結構對于配置嵌入式邊界的掃描是有效的。
在多站結構(圖2),可路由所有邊界掃描信號到系統中所有的板或部件。每一個板具有一個可尋址的JTAG網關器件,此器件能識別邊界掃描信息。網關器件截取信息尋址它,相應地配置本地掃描通路以及施加邊界掃描操作到器件,并構建在板上。從TI、NS、Firecon和Alliance 等公司可得到邊界掃描網關器件。另外,可以用可編程邏輯器件(PLD)中IP核的形式實現邊界掃描網關功能。例如,Lattice公司提供支持掃描鏈接功能的IP核。另外,Asset公司提供網關器件的器件模式。器件模式能自動把網關器件所包含關系變為邊界掃描測試和編程操作。
圖2 多站結構路由掃描信號到所有系統板
一旦為嵌入式邊界掃描建立了多站結構,可用下面4種方法的一種本地配置系統中的元件：
·無主機,都是從機。在JTAG操作中無主機,一個外部邊界掃描總線主機或控制器必須加邊界掃描操作。一個商業邊界掃描測試系統通常管理所有邊界掃描操作,所以不需要專用板上的處理器,也不需要為主處理器開發相應的軟件。由于外部系統監控邊界掃描操作的結果,所以,不需要為這些結果提供系統內的存儲。然而,必須連接一個外部邊界掃描系統到被測單元,來執行邊界掃描操作。
·單主機,多從機。在多站結構中,用一個嵌入式JTAG主機處理器,可以遠程測試、重新編程、重新配置或實時監控系統。當然,僅有一個JTAG主機表示可能的失效點,不帶失效安全冗余度。另外,JTAG主機處理器需要軟件來協調嵌入式邊界掃描操作。而且系統需要軟件用的和存儲JTAG操作結果的存儲器。因為嵌入式邊界掃描的專門特性,所以,嵌入式JTAG主機通常是用戶為被測系統專門開發的。JTAG主機支持被測試系統和任何遠程邊界掃描測試或診斷系統之間的通信鏈路。
·帶背板的多主機。對于一個任務危險的系統,可以設計一個具有失效安全冗余度的多JTAG主機。除要求單主機的其他方面外,多主機需要軟件在開始JTAG主機失效時,能容易有效地從一個主機到另一個主機。各種標準編程工具可用于開發這些嵌入式專門應用的性能。但與邊界掃描系統供應商緊密地協商將保證嵌入式符合JTAG標準的要求,使專門用于嵌入式邊界掃描的內部資源最小化。
無背板的多主機。如果希望JTAG信號斷開背板,則可以在每個電路板或子系統上提供一個JTAG主機。每個JTAG主機連接到外部通信鏈路,通過此鏈路可以初始化邊界掃描操作和回收測試結果。可以同時測試或重新配置所有的板。此方法除了每個模塊所需的JTAG網關器件外,增加了JTAG操作的復雜性。因為模塊到模塊操作用的測試向量和編程對于整個系統必須放在一起,替代一次單個模塊。此方法仍然支持遠程監控、測試和編程。
實現問題
采用嵌入式邊界掃描測試,以及系統內編程和PLD重新配置,除了它們所涉及的結構外,還有另外的問題。例如,在現場的系統配置將是固定的或在配置完后可能加入新電路板或部件。
固定的系統配置使嵌入式邊界掃描的實現簡單化,這是因為嵌入式邊界掃描操作結構不變化。但是,若系統配置如同大多數計算機和通信系統那樣是變化的,則每當插入新電路板或部件時,嵌入式邊界掃描操作會發生變化。
甚至固定配置的系統也需要復雜的邊界掃描測試管理軟件。例如,在系統中,相同的電路板包含不同版本,板具有不同的邊界掃描特性。測試管理軟件在配置一組測試之前,必須確定系統中電路板的版本號。
這意味著對面向目標的邊界掃描模塊的需要,這種模塊可以組裝成匹配任何系統配置。另外,嵌入式JTAG運行時間引擎和掃描引擎,必須做成適應新的配置和系統的邊界掃描操作。當然,用什么方法在現場從中央資源區下載可執行的邊界掃描到系統中,可重新配置的一組JTAG操作,這會涉及協議和數據通信的其他方面。
通信機構歸納為固件的下載遠程接入、系統狀態的實時監控以及JTAG測試和診斷的應用。系統制造商、邊界掃描公司和半導體供應商,已開始討論支持嵌入式邊界掃描的通信協議標準化。
當然,用基于嵌入式邊界掃描的系統級BIST(內置自測試)特性,必須確定系統如何應對測試結果。例如,系統可以進行定期預定的結構測試并發現系統整個工作中關鍵的故障器件。系統本身可以進行診斷測試來確定PLD中固件是否有問題。用這些信息,可以通過系統的嵌入式邊界掃描架構下載固件新圖像。
過渡到嵌入式邊界掃描
邊界掃描應用在板級測試和系統內編程應用已經10多年。此技術容易理解并有工具支持,這使JTAG開發和應用簡化。因此,從板級過度到系統級和嵌入式邊界掃描是一個必然的發展。
實際上,在某些情況下,板級架構已經很容易過渡到嵌入式系統級邊界掃描操作。若板級邊界掃描操作已經應用于制造測試中,則開發板級JTAG測試和編程算法時,所做的很多工作可以重新用于整個系統的操作。
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