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作者: IPSES, XJTAG 生產(chǎn)后的中度復雜的印刷電路板（PCB）傳統上使用在線(xiàn)測試（ICT）和功能測試來(lái)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(lái)驗證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(gè)隔離測試每個(gè)部件或者連接的方法。其使用例如用于簡(jiǎn)單模擬部件的保護技術(shù)等技術(shù)。通過(guò)針床或者飛針對被測設備表面節點(diǎn)的訪(fǎng)問(wèn)，被用來(lái)驗證與這些節點(diǎn)相連的已安裝的部件的正確性。 
圖1.使用保護技術(shù)測量電阻 盡管這類(lèi)測試驗證了每個(gè)單一部件的正確性，它卻不能夠驗證一個(gè)板卡，當通電時(shí)，是否能作為一個(gè)整體正常運行。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，功能測試依然是認定電子系統和板卡正常運行的支柱。從概念上來(lái)講，這類(lèi)測試非常簡(jiǎn)單-它在于檢測一個(gè)被測單元是否真正做到它所被設計的那樣。一個(gè)針床裝置也被融合進(jìn)來(lái)以提供測試訪(fǎng)問(wèn)。這個(gè)測試方法的中心單獨來(lái)講是有些局限的，因為我們只能確認每個(gè)系統運行正常，而不是被隔離的單獨部件
圖2,一個(gè)典型的功能測試裝置 功能測試的一個(gè)特征是它可能需要集成許多儀器到測試平臺上。假設，例如，您需要測試一個(gè)被設計用來(lái)處理和無(wú)線(xiàn)通訊的板卡。為了執行功能測試，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），與快速采集設備（示波器和數字轉換器）來(lái)激發(fā)和讀取單個(gè)信號。 或許一個(gè)例子最能揭示ICT與功能測試的區別�？紤]一個(gè)串聯(lián)接口的MAX202驅動(dòng)（見(jiàn)圖3）。ICT可能與檢查充電泵里電容的值有關(guān)，從而確認每個(gè)部件在隔離下運轉正常，而功能測試則可能會(huì )檢查發(fā)送和接收整個(gè)數據包。
圖3.MAX232驅動(dòng)典型的連接圖 直到最近，ICT才允許在執行功能測試之前，容易地驗證所有部件的正確安裝。然而，近來(lái)可達到部件密度的增長(cháng)意味著(zhù)PCB設計會(huì )經(jīng)常不允許布置足夠數量的測試點(diǎn)。尤其是BGA部件的針腳在被焊接下后，完全不能被ICT訪(fǎng)問(wèn)。其結果是ICT性?xún)r(jià)比越來(lái)越差，越來(lái)越不可持續，并且增加產(chǎn)品交貨期。這個(gè)問(wèn)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(gè)電子測試方法，被設計用來(lái)克服通常與復雜的、高密度板卡所相關(guān)的測試訪(fǎng)問(wèn)問(wèn)題。邊界掃描，按照IEEE 1149.x標準，提供了芯片中一個(gè)可以使綜合數字測試協(xié)議在板卡層面就可適用的的電子線(xiàn)路。 這個(gè)線(xiàn)路把用在ICT中的物理探點(diǎn)用邊界掃描單元來(lái)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(gè)輸入與輸出處捕獲或者驅入信號。 邊界掃描單元可以在一個(gè)物理探頭不能達到的地方提供虛擬探點(diǎn)，例如BGA下的焊點(diǎn)連接。一些細間距引線(xiàn)器件不能用物理探頭可靠地檢測，不過(guò)邊界掃描再一次可以為這些針腳提供數字測試訪(fǎng)問(wèn)。 在器件的正常運作下，邊界掃描單元如透明一般。它們可以捕獲通過(guò)它們的數值，使可以觀(guān)測數據流，而不改變通過(guò)它們的信號成為可能。當一序列正確的指令 被送到控制針腳(測試模式選擇，TMS)上時(shí)，邊界掃描單元還可以通過(guò)與它們相連的針腳驅動(dòng)出數值，像一個(gè)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(lái)驗證所有部件適當的互連（軌跡間短路的缺乏與連續性的驗證），以及這些器件的正確行為。
圖4.邊界掃描部件的簡(jiǎn)化圖 邊界掃描單元形成了一個(gè)串聯(lián)的掃描路徑，稱(chēng)為邊界掃描寄存器。一序列需要寫(xiě)入的數值可以通過(guò)TDI針腳被同步入這個(gè)寄存器中，而且一旦數據被邊界掃描單元捕獲，它可以通過(guò)TDO針腳被同步出去。JTAG器件可以被連接起來(lái)形成一個(gè)JTAG鏈。鏈中一個(gè)器件上的TDO針腳與另一個(gè)器件上的TDI針腳相連形成一個(gè)單一的寄存器�？刂坪蜁r(shí)鐘信號（TMS和TCK）為鏈中的每個(gè)器件所共有。 正因為如此，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(lái)代替物理探針。每個(gè)JTAG鏈都需要一個(gè)適當的測試訪(fǎng)問(wèn)端口（TAP），包含四個(gè)針腳（TDI，TDO，TMS與TCK，以及一個(gè)可選的第五個(gè)TRST針腳）在一個(gè)外部連接器上。這與一個(gè)JTAG控制器相連，通常是一個(gè)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)現可以提高整體測試訪(fǎng)問(wèn)，因而覆蓋率，但是它是一個(gè)數字協(xié)議，所以并不能直接測試模擬部分。邊界掃描訪(fǎng)問(wèn)僅限于帶有至少一個(gè)JTAG器件的網(wǎng)（及與之相連的部件）。許多主導的JTAG邊界掃描系統含有“可測試設計”工具。它可以在設計階段顯示一個(gè)板卡的測試覆蓋率，突出顯示板卡上沒(méi)有足夠JTAG訪(fǎng)問(wèn)的區域。在這個(gè)階段，或許可以將一個(gè)不支持JTAG的器件用一個(gè)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合 想要全面地測試一個(gè)系統，邊界掃描測試必須與功能測試一起運行。邊界掃描與ICT一樣，只能驗證每個(gè)部件放置正確以及運行正常。它不會(huì )驗證整個(gè)電路像設計的一樣工作。 當把ICT與功能測試（生產(chǎn)結束時(shí)最常見(jiàn)的）相結合時(shí)，工程師幾乎總會(huì )發(fā)現它們在兩個(gè)不同的工作臺上測試。因為對于每個(gè)JTAG鏈只需要一個(gè)單一連接器上的4個(gè)針腳，把邊界掃描融入到一個(gè)功能測試裝置上非常容易，并且能節約寶貴的時(shí)間與精力。事實(shí)上一些電子測試專(zhuān)家已經(jīng)開(kāi)始開(kāi)發(fā)可以把功能和邊界掃描集成到一個(gè)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(kāi)發(fā)時(shí)間的、更完全的設備。
圖5（左）已將被測設備插入的集成功能測試與邊界掃描測試裝置
圖6（右）裝置內部，功能測試設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(gè)系統帶來(lái)大量的和重要的好處。兩個(gè)方法相互補充，在于彌補每個(gè)技術(shù)可能的缺陷，以帶來(lái)更高的可靠性與有效性。兩個(gè)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(guò)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證的模式，然后可以激活電路中可以被功能測試所驗證的部分。集成方法的有效性意味著(zhù)您不僅可以從一個(gè)設備中運行兩種測試類(lèi)型，還意味著(zhù)這些測試為板卡的設計與生產(chǎn)提供了更大的把握。 這些益處可以從一個(gè)測試直接與FPGA相連的DAC的簡(jiǎn)單例子中看到。使用邊界掃描可以恰當地驅動(dòng)FPGA的I/O來(lái)為DAC的模擬輸出編程，從而可以通過(guò)功能測試被捕獲板測量到。另一方面，如果我們考慮一個(gè)與FPGA直接相交互的ADC，在功能測試中可以使用一個(gè)生成卡來(lái)激活前者，然后使用邊界掃描來(lái)檢測被ADC讀數所編譯的位元。 以上的集成方法允許工程師們達到：
目前有可用的強大的工具來(lái)允許您擁有交互的硬件以及執行測試序列的開(kāi)發(fā)環(huán)境，以用于集成測試系統的開(kāi)發(fā)。只要簡(jiǎn)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用的功能測試的幾個(gè)硬件裝備在一起。 盡管邊界掃描測試序列的開(kāi)發(fā)應該用專(zhuān)業(yè)的工具（一個(gè)JTAG開(kāi)發(fā)環(huán)境）來(lái)進(jìn)行，生成的序列不僅可以與為功能測試所開(kāi)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(lèi)測試交互的部分。這樣，一旦功能和邊界掃描序列開(kāi)發(fā)完成，并且集成一起，操作員接口將會(huì )被獨特地定制。 通過(guò)選擇一個(gè)可以允許不同類(lèi)型硬件容易的結合模塊測試系統，包括第三方所開(kāi)發(fā)的，您就有一個(gè)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(shí)間。 什么是邊界掃描？ 硅設計方面的進(jìn)步，例如增加器件密度和最近的BGA封裝，使傳統測試方法的功效大打折扣。為了克服這些問(wèn)題，一些世界領(lǐng)先的硅生產(chǎn)商聯(lián)合起來(lái)成立了聯(lián)合測試小組。 這個(gè)小組的研究發(fā)現和建議被用來(lái)作為IEEE 1149.1標準，即標準測試訪(fǎng)問(wèn)端口和邊界掃描結構的基礎。這個(gè)標準保留了和這個(gè)小組的聯(lián)系并且以縮寫(xiě)JTAG被大家所俗知。 JTAG邊界掃描是一項被設計用來(lái)克服通常與復雜的、高密度的板相關(guān)聯(lián)之類(lèi)的測試訪(fǎng)問(wèn)問(wèn)題的測試技術(shù)。通過(guò)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(gè)JTAG控制器對電路進(jìn)行數碼地測試，并且使用強大的軟件套裝來(lái)精確地找到故障的位置與原因。 因為不再需要測試點(diǎn)，與ITC和功能測試相關(guān)的物理訪(fǎng)問(wèn)問(wèn)題不再是一個(gè)問(wèn)題。測試系統與邊界掃描單元只通過(guò)一個(gè)4-5線(xiàn)測試總線(xiàn)相連。這必須在板卡設計中被考慮進(jìn)來(lái)以確�？蓽y性。許多領(lǐng)先的JTAG邊界掃描系統銷(xiāo)售商提供可測性設計指南來(lái)鼓勵設計工程師們去這樣做。 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(gè)稱(chēng)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(lái)設置和/或讀取數值。在邊界掃描過(guò)程中，一系列4-5個(gè)不同的信號被用來(lái)回報電路的性能。 |
