Метод граничного сканирования Boundary-Scan

С середины 70-х годов структурное тестирование печатных плат основывалось на физическом доступе к устройствам и межсоединениям на плате с помощью так называемого «ложа из гвоздей» (рис. 1). С развитием технологии изготовления печатных плат, стали уменьшаться расстояния между соседними медными дорожками – стало более рискованно каждый раз класть плату на гвозди. Появились двухсторонние платы,

и инженерам пришлось прикладывать гвозди с двух сторон. Вопрос о физическом доступе был исчерпан с появлением многослойных печатных плат.

Рисунок 1

С такими проблемами столкнулись в середине 80-х большинство производителей. Для поиска возможных решений была создана группа JTAG (Joint Test Action Group), которая с помощью 200 ведущих фирм в течение 5 лет разработала стандарт Boundary-Scan IEEE 1149.1 (IEEE – Institute of Electrical and Electronic Engineers).

В основу принципа была положена концепция размещения последовательного сдвигового регистра по границам устройства (рис. 2) Причем, сами ячейки такого регистра располагаются непосредственно между первичными входами/выходами устройства и логическим ядром.

Рисунок 2

Таким образом, в устройство добавляется 4 контакта: TDI (Test Data In – вход тестовых данных), TDO (Test Data Out – выход тестовых данных), TMS (Test Mode Select – выбор тестового режима) и TCK (Test Clock – тестовая синхронизация).

Рисунок 3.

Сущность механизма сканирования сходна с методом Scan Path. Однако, есть существенные различия. Во-первых, логика ядра может быть любой, в том числе содержать последовательностные структуры (не нужно разбивать устройство на комбинационную часть и память). Во-вторых, ячейки сканирования располагаются как до, так и после логики.

Несколько устройств на плате могут быть объединены в единый последовательный путь сканирования (рис. 3). Это можно сделать путем соединения TDO с TDI следующего устройства. Таким образом, на плате появляется также 4 дополнительных вывода: TDI и TDO, и общие для всех устройств TCK и TMS.

Таким образом, технология граничного сканирования при относительно небольших аппаратурных затратах позволила реализовать нечто вроде «виртуальных гвоздей», что обеспечивает не только 100% наблюдаемость, но и 100% управляемость входов/выходов устройств.

Несомненно, технология Boundary-Scan является значительным прорывом вперед в DFT. Рассмотрим архитектуру устройства, которую описывает стандарт IEEE 1149.1.

Общая схема устройства представлена на рис. 4.

Рисунок 4.

Само устройство, реализующее требуемые функции (которое, как мы видим, может содержать и некие внутренние регистры), помещается в обрамление из тестовой логики, которое составляют:

q Набор из 4 обязательных тестовых ножек: TDI, TDO, TMS и TCK. Также возможно добавление еще одной необязательной тестовой ножки – TR (Test Reset – сброс тестовой логики). Все вместе они называются TAP (Test Access Port – тестовый порт доступа).

q Ячейки граничного сканирования на каждой линии первичного входа или выхода, соединенные между собой, таким образом, чтобы организовать последовательный сдвиговый регистр.

q Однобитный регистр обхода (Bypass register).

q Необязательный 32-битный идентификационный регистр, с возможностью хранения в нем неизменяемого кода устройства.

q Регистр команд (Instruction Register), в котором хранится текущая команда. Разрядность регистра команд должна быть больше или равна 2.

q TAP controller. По сути, это конечный управляющий автомат для тестовой логики.

Как видно из схемы, тестовая логика предоставляет возможность выбирать путь прохождения данных от TDI к TDO: либо через регистр команд (Instruction Register), либо через регистр данных (Data Register). Регистром данных в каждый момент времени может быть один из следующих регистров:

q Последовательный сдвиговый регистр граничного сканирования (Boundary-Scan register).

q Какой-либо внутренний регистр, предусмотренный разработчиком устройства (Internal register).

q Регистр обхода (Bypass register).

q Идентификационный регистр (Identification register).

Рассмотрим регистр сканирования. Ячейки граничного сканирования (Boundary-Scan cells) подразделяются на два типа: входные (размещаются на тех первичных входах устройства, где временной фактор критичен – например, на входе синхронизации) и обычные. Схема входной ячейки показана на рис. 5.

Рисунок 5.

Как видно из этой схемы, сигнал проходит по линии данных без задержек. Однако, там где это возможно на входных линиях, а также на всех выходных линиях располагают обычные ячейки. Структура типичной ячейки граничного сканирования представлена на рис. 6.

Рисунок 6

Рассматриваемая ячейка состоит из двух D-триггеров, работающих по прямому фронту, двух мультиплексоров “2-в-1”, четырех входов и двух выходов. Назначение структурных элементов схемы:

q Data_In и Data_Out – вход и выход (относительно ячейки) линии данных, на которую эта ячейка и помещена. (PI – parallel input, PO – parallel output).

q Scan In и Scan Out – соответственно, вход и выход сканируемых данных (SI – serial scan input, SO – serial scan output). Т.е. на SI данные приходят с SO предыдущей ячейки (либо с TDI, если это первая ячейка в пути), проходят через первый D-триггер и выходят на SO, чтобы попасть на SI следующей ячейки (или на TDO, если это последняя ячейка в пути).

q ShiftDR – определяет источник информации для первого D-триггера: Data_In (режим Capture) либо Scan In (режим Shift).

q Mode – определяет, что пропускать на линию данных Data_Out: сигнал с Data_In (режим Normal) либо сигнал со второго D-триггера (режим Update).

q ClockDR – синхронизирующий вход первого D-триггера, т.е. для режимов Capture и Shift.

q UpdateDR – синхронизирующий вход второго D-триггера (режим Update)

Ниже приведена таблица режимов функционирования ячейки:

 Скачать реферат