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(huì )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(chǎn)品的整個(gè)壽命期。
采用嵌入式掃描,可以用Internet在現場(chǎng)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(zhù)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(wú)關(guān)。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(xiàn)連接外部邊界掃描系統到UUT對單元進(jìn)行編程。嵌入式邊界掃描用于制造和現場(chǎng)服務(wù),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(wèn)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(guò)程的離線(xiàn)失效。
為了嵌入邊界掃描,必須把一個(gè)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(gè)特定產(chǎn)品中取決于怎樣的嵌入式邊界掃描將用于現場(chǎng)產(chǎn)品中。
嵌入式邊界掃描需要運行時(shí)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(gè)典型的嵌入式邊界掃描測試流程,其中在工廠(chǎng)中獨立應用的邊界掃描系統產(chǎn)生JTAG測試圖形和編程算法,并把它們轉換為二進(jìn)制格式,而且運到現場(chǎng)前存儲測試圖形和編程算法在系統中。一個(gè)嵌入式運行時(shí)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(chǎn)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(shí)序器。這些供應商也提供應用程序實(shí)例。邊界掃描系統供應商提供其他工具。例如Asset Intertech為T(mén)I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(jìn)制向量圖像(BVI)。
以簡(jiǎn)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(diǎn),對于此情況,需要系統內存儲器來(lái)存儲結果。如果想要測試觸發(fā)改進(jìn)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(wèn)題
帶嵌入式邊界掃描的系統通常由一個(gè)以上的電路板或部件組成。這往往會(huì )涉及背板。結構上,必須確定如何最好地實(shí)現跨接多個(gè)電路板和部件的邊界掃描接口?？梢赃x擇星或環(huán)狀結構,但是,這兩種結構都是不適當的。最經(jīng)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(gè)板具有一個(gè)可尋址的JTAG網(wǎng)關(guān)器件,此器件能識別邊界掃描信息。網(wǎng)關(guān)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(wǎng)關(guān)器件。另外,可以用可編程邏輯器件(PLD)中IP核的形式實(shí)現邊界掃描網(wǎng)關(guān)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(wǎng)關(guān)器件的器件模式。器件模式能自動(dòng)把網(wǎng)關(guān)器件所包含關(guān)系變?yōu)檫吔鐠呙铚y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(wú)主機,都是從機。在JTAG操作中無(wú)主機,一個(gè)外部邊界掃描總線(xiàn)主機或控制器必須加邊界掃描操作。一個(gè)商業(yè)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(zhuān)用板上的處理器,也不需要為主處理器開(kāi)發(fā)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(gè)外部邊界掃描系統到被測單元,來(lái)執行邊界掃描操作。
·單主機,多從機。在多站結構中,用一個(gè)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(shí)時(shí)監控系統。當然,僅有一個(gè)JTAG主機表示可能的失效點(diǎn),不帶失效安全冗余度。另外,JTAG主機處理器需要軟件來(lái)協(xié)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(zhuān)門(mén)特性,所以,嵌入式JTAG主機通常是用戶(hù)為被測系統專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)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(gè)任務(wù)危險的系統,可以設計一個(gè)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(kāi)始JTAG主機失效時(shí),能容易有效地從一個(gè)主機到另一個(gè)主機。各種標準編程工具可用于開(kāi)發(fā)這些嵌入式專(zhuān)門(mén)應用的性能。但與邊界掃描系統供應商緊密地協(xié)商將保證嵌入式符合JTAG標準的要求,使專(zhuān)門(mén)用于嵌入式邊界掃描的內部資源最小化。
無(wú)背板的多主機。如果希望JTAG信號斷開(kāi)背板,則可以在每個(gè)電路板或子系統上提供一個(gè)JTAG主機。每個(gè)JTAG主機連接到外部通信鏈路,通過(guò)此鏈路可以初始化邊界掃描操作和回收測試結果?？梢酝瑫r(shí)測試或重新配置所有的板。此方法除了每個(gè)模塊所需的JTAG網(wǎng)關(guān)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(gè)系統必須放在一起,替代一次單個(gè)模塊。此方法仍然支持遠程監控、測試和編程。
實(shí)現問(wèn)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(wèn)題。例如,在現場(chǎng)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(shí)現簡(jiǎn)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(shí),嵌入式邊界掃描操作會(huì )發(fā)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(zhù)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(shí)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(chǎng)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(huì )涉及協(xié)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(tài)的實(shí)時(shí)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(kāi)始討論支持嵌入式邊界掃描的通信協(xié)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(jìn)行定期預定的結構測試并發(fā)現系統整個(gè)工作中關(guān)鍵的故障器件。系統本身可以進(jìn)行診斷測試來(lái)確定PLD中固件是否有問(wèn)題。用這些信息,可以通過(guò)系統的嵌入式邊界掃描架構下載固件新圖像。
過(guò)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(jīng)10多年。此技術(shù)容易理解并有工具支持,這使JTAG開(kāi)發(fā)和應用簡(jiǎn)化。因此,從板級過(guò)度到系統級和嵌入式邊界掃描是一個(gè)必然的發(fā)展。
實(shí)際上,在某些情況下,板級架構已經(jīng)很容易過(guò)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(jīng)應用于制造測試中,則開(kāi)發(fā)板級JTAG測試和編程算法時(shí),所做的很多工作可以重新用于整個(gè)系統的操作。
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