探討基于JTAG技術(shù)的嵌入式系統(tǒng)測試的各個階段

引言

IEEE 1149.1邊界掃描測試標(biāo)準(zhǔn)(通常稱為JTAG、1149.1或dot 1)是一種用來進(jìn)行復(fù)雜IC與電路板上的特性測試的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法，大多數(shù)復(fù)雜電子系統(tǒng)都以這種或那種方式用到了IEEE1149.1(JTAG)標(biāo)準(zhǔn)。為了更好地理解這種方法，本文將探討在不同年代的系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計中是如何使用JTAG的，通過借助過去有關(guān)JTAG接入的經(jīng)驗或投入，推動設(shè)計向新一代發(fā)展。

大多數(shù)復(fù)雜電子系統(tǒng)都以這種或那種方式用到了IEEE1149.1(JTAG)標(biāo)準(zhǔn)。如果系統(tǒng)采用的是復(fù)雜FPGA或CPLD，那么幾乎可 以肯定這些硬件是通過JTAG端口設(shè)置的。如果系統(tǒng)利用仿真工具來調(diào)試硬件或軟件，那么仿真工具也很可能是通過JTAG端口與微處理器對話。而且，如果系 統(tǒng)中采用了球柵陣列(BGA)封裝的IC，那么JTAG也是測試BGA器件與底層印制電路板之間連接的最有效方法。

支持EEE 1149.1邊界掃描測試標(biāo)準(zhǔn)的IC與電路板都具備一個支持JTAG測試的4線串行總線(第5條線為可選的復(fù)位線)-TDI(測試數(shù)據(jù)輸入)、TDO(測 試數(shù)據(jù)輸出)、TMS(測試模式選擇)與TCK(測試時鐘)。該總線主要支持對焊點、電路板過孔、短路和開路等連接進(jìn)行結(jié)構(gòu)測試。此外，許多CPLD和 FPGA制造商也將JTAG作為其器件在系統(tǒng)編程與配置的標(biāo)準(zhǔn)方法。JTAG不但支持結(jié)構(gòu)(互連)測試，如今還是一種用于在系統(tǒng)級實現(xiàn)配置、編程以及混合 信號測試的標(biāo)準(zhǔn)方法。

但大多數(shù)設(shè)計團(tuán)隊都在新設(shè)計中對JTAG的應(yīng)用更傾向于不一步到位，而是以一種更易掌控的方式慢慢轉(zhuǎn)為全面利用JTAG接口。有些團(tuán)隊規(guī)則(discipline)中廣泛利用了JTAG接口，有些則只利用了其中很有限的一部分。但每種規(guī)則都根據(jù)其自身的需要調(diào)整JTAG。在各種規(guī)則的共同 作用下，發(fā)展出了幾代不同的JTAG應(yīng)用，每一代JTAG應(yīng)用都有各自的特點，具有某種增強(qiáng)功能。

圖1：第二代JTAG應(yīng)用：利用JTAG多支路復(fù)用器簡化對多個JTAG鏈的接入。

由于存在各種各樣的JTAG接入要求，所以開發(fā)團(tuán)隊必需采用一種跨規(guī)則的JTAG接入策略以最大程度地發(fā)揮JTAG接入的功能。這種策略對 于實現(xiàn)一種標(biāo)準(zhǔn)方法非常必要，這種標(biāo)準(zhǔn)方法可以復(fù)用，并且下一代產(chǎn)品可以基于其構(gòu)建。為了更好地理解這種方法，我們將探討在不同年代的系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計中是 如何使用JTAG的，目的是通過借助過去有關(guān)JTAG接入的經(jīng)驗或投入，推動設(shè)計向新一代發(fā)展。

JTAG應(yīng)用的各個階段

在JTAG應(yīng)用的第一階段，只用到了某些有關(guān)電路板的特性和功能，有關(guān)該方法的整理和標(biāo)準(zhǔn)化工作卻做得很少。

這是一種最簡單的方法，幾乎甚至完全不需要進(jìn)行任何軟件工具投資，通常使用IC廠商提供的免費工具即可。該階段的JTAG通常不具備或者只 具備很有限的診斷功能，也沒有可用于生成測試或編程的矢量的軟件。這時的JTAG接入只在生產(chǎn)時用于配置CPLD或?qū)﹂W存編程。稍復(fù)雜一些的板卡也可以用 它來做測試。

然而，這并不是成本最低的方法。因為每種規(guī)則都有可能會為其自身的需要用一個單獨的JTAG接頭(header)，于是一塊電路板上就得 用多個JTAG接頭，從而增加了成本，也占用了電路板空間。而且，每種規(guī)則可能都會開發(fā)它們自己的“自制”軟件工具和硬件，以實現(xiàn)與JTAG特性的交互， 而這些軟件工具和硬件對其他規(guī)則(discipline)而言卻是多余的。所以，采用這種方法開發(fā)的產(chǎn)品受其定制開發(fā)的影響，很難轉(zhuǎn)移到新一代的產(chǎn)品中 去。如果在生產(chǎn)中采用，這種方法也會增加成本，因為它需要進(jìn)行多次插入。

許多開發(fā)團(tuán)隊都被這一代JTAG應(yīng)用綁住了手腳。最終，當(dāng)系統(tǒng)復(fù)雜性持續(xù)增大時，要保持產(chǎn)品的競爭力，就必需采用一種JTAG接入策略。

第二代JTAG應(yīng)用

在第二代JTAG應(yīng)用中， 不同的開發(fā)團(tuán)隊規(guī)則對在新板卡設(shè)計上采用JTAG功能進(jìn)行管理。該階段的JTAG應(yīng)用需要一定程度的ATPG(自動測試程序生成)軟件工具(這類軟件工具 具有穩(wěn)健的診斷功能)投資，用于對編程和測試矢量的開發(fā)和傳送進(jìn)行管理。這類ATPG工具的供應(yīng)商提供從簡單的針對每一任務(wù)的矢量生成的支持與咨詢服務(wù)， 也提供生產(chǎn)用的多任務(wù)(multi-seat)全套軟件支持。

在每塊電路板上添加一個策略性IC器件-JTAG復(fù)用器件，目的是去除電路板上的多個1149.1接頭并管理多個JTAG通路。這個JTAG復(fù)用器件所占用的電路板空間通常比一個JTAG接頭還小，但卻簡化了元件的隔離，也簡化了提高接入效率所需掃描路徑的組織。

例如，開發(fā)人員可能會希望將不同廠商的FPGA隔離在不同的掃描鏈中，以便簡化利用每個廠商提供的工具接入JTAG的過程。另外，我們可能 還希望將微處理器放在一個單獨的掃描鏈中，從而在仿真工具調(diào)試軟件或在閃存寫程序時，最大程度提高微處理器的運(yùn)行速度。ATPG廠商對這些器件都提供了很 好的支持，因此軟件支持通常很簡單，直接提供交鑰匙的方案。