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Boundary Scan
测试原理及实现
Boundary scan
的目的：
Boundary scan
是一种用于测试数字集成电路的技
术，它能找出，开路，短路，和功能不
良的数字器件，另外它还能完成一些功能测试。相
对于传统的数字器件的向量测试，它
还有以下几个优点：
具有较短的测试开发时间；
能用于探针接触有困难的那些器件的测试；
能减少维修时间和维修成本，故障诊断范围可以到
PIN
脚。
一般理论：
Boundary-Scan <
/p>
测试的时候发送一组信号流到被测的数字器件的转换寄存器单元里面。
而这个单元可以在每一个输入，输出，和双向引脚以及器件的逻辑中心那里找到。那些
信号在寄存器周围转换并且从器件输出，然后用输出的信号和输入的信号之间的差异来
比较并判断出错。例如有两个引脚之间短路或者电源与地脚短路之类的，它都会报错。
几个
boundary scan
器
件可以被连接到一个链上，从而一些相同的基础测试可以同时执
行。当然，
boundary scan
还有许多的附加的测试能力，但是这种使用转换
寄存器来检查
输出的信号流是整个
boundary
scan
测试理论的基础。
两种软件包：
在
Agilent
3070
上有两个不同类型的
boundary
scan
测试软件：他们是：
in-
circuit boundary scan
和
HP
interconnectplus.
其中
in-
circuit boundary
scan
是
Agilent 3070
标准软件包中自带的，它可以生成标准的单独的数字器件的在线
boundary
scan
测试。而
HP interconnectplu
是一个可选软件，它可以生成链式的
boundary scan<
/p>
测试程序，同时，
它也能自动生成单独器件的
boundary scan
测试程序。
BOUNDARY-SCAN
的硬件
boundary
scan
器件的设计
boundary
scan
测试软件遵从
IEEE 1149.1
的标准，遵从此类标准的
IC
在每个引脚和逻辑
中心之间都有一个独立单元。这些相互独立的单元们连接到一个转换寄存器也叫
boundary scan
寄存器中，他负责控制和观察每个输入，输出，和
双向引脚的值。每一个
boundary scan
的器件都有
一个特殊的输入引脚（
TDI
），一个特殊的输出引脚（
TDO
），
TDI
作
为
boundary scan
寄存器的输入端，而
TDO
则连接到
boundary scan
寄存器的输出
端。在
TCK
（时钟控制）的基础上，由
TAP
（
< br>test access port
）来控制整个工作流程，工
< br>作模式选择（
TMS
）和复位信号（
TRST*
）
有两种
boundary-
scan
测试依赖于
boundary-scan
器件本身，假如一个元件设计者在设计
的时候把
ID
CODE
放到寄存器中，
boundary-scan
就可以去确认此器件的制造商，
PN
，
和
版本号之类的信息，假如此器件还有内嵌的自测（
BIST
）时，
boundary-scan
还可以运行
这种自测并且报错。
指令寄存器：
指令寄存器包含了指令的解码。也包含了一些数据寄存所使用
的特殊指令。
ByPass
寄存器：
你可以使用
ByPass
寄存器通过那些没有被使用的
Boundary
–
Scan
寄存器链来进行数据传
输的
工作。假想你有一个很复杂的
IC
被用其它的技术象
TESTJET
之类的去测试而不用
bounda
ry-Scan
，你也许会决定省略掉这个
Boundary-
Scan
寄存器的长度并用单个单元的
ByPass
寄存器来代替。
在下图中，
使用
< br>ByPass
寄存器可以包含
12
个
boundary-Scan
寄存
器，事实上
boundary-Scan
寄存器的个数一般都很
大，所以采用
ByPass
寄存器，会节约
一些测试时间。
身份辨别寄存器：
身份辨别寄存器是一个
32
位的寄存器，
它包含了元器件的一些制造信息
。
身份辨别寄存
器有时也称
IDCOD
E
寄存器，
因为
IDCODE
指令显示了身份辨别寄存器中的内容，
并不
是所
有的
boundary-scan
器件都有
IDCODE
寄存器，
IEEE 1149.1
明确指出
IDCODE
只是
一个选项。
Boundary-scan
单元的功能：
下图显示了一个典型数据寄存器单元它能灵活的扮演输入或输出单元。
灰色的
Internal logic
和
Outout
Pin
阐明了输出的配置。而紫色的
Input
pin
和
Internal log
ic
阐明了输入的配置，
对于双向
PI
N
来说，
你可以只选用一个单独的单元就行
了。转换，更新和测试模式用其它的颜色来标明：
TAP
控制器：
TAP
控
制器是一种
16
位态的设备，它控制
b
oundary-scan
测试的操作。由于
TAP
控制器
管理着大多数的数据和指令寄存器，理解
T
AP
控制器在另一种意义上说等于理解了
boundary-
Scan, TAP
控制器通过
TCK
，
TMS
，
TRST*
来实现控制。
控制线：
三个输入控制线：
TCK
，
TMS
，
TRST*
，
T
CK
是一个方波时钟信号，
Agilent3070
用一个
50%
的
DUTY
CYCLE
来实现它，
TMS
信号通过
状态图控制着
TAP
控制器的动作，一般
在
TCK
的上升沿触发
TMS
，
有时也会在
TCK
的下降沿触发。
而
TRSTR*
用于复
位动作。
例如下图所示，
TRST
信号
一般是在接近序列的中间出现。
测试<
/p>
-
逻辑
-
复位：
在测试
-
逻辑
-
复位
状态时，
测试逻辑被禁用从而使此器件可以正常工作，
当器件第
一次被
打开的时候，只要有
ID
寄存器
存在，那个指令寄存器就会引入
IDCODE
指令，假如没
有的话，
会引入
ByPass
寄存器。
一般的，
测试
-<
/p>
逻辑
-
复位在
T
APcontroller
上电的时候才
工作的，
测试程序员能够通过使
TRST*
为低电平或使<
/p>
TMS
为高电平并持续至少
5
个
TCK
周期来迫使
TA
P
控制器进入上电的状态。
Run-Test/Idle:
Run-Test/Idle
允许在
指令寄存器的指令的基础下激活被选种的测试逻辑电平，
TAP
controller
在
TMS
保持低电平的状态下，会保持
Run-Test/Idle
的状态，而当
TMS
转换
< br>为高电平的时候，它转移到
Select-DR-
Scan
上去。
Select-DR-Scan
：
这个
TAP
控制器扮演一个开关的角色，在下一个
TCK
的上升沿
TAP
控制器会开始数据
寄存器的扫描或者转到
Select-IR-
Scan
的状态上面。
Capture
–
DR:
在
Capture
–
DR
的状态时，夹具上连接到输入
PIN
的测试针的值，会替换一部分当前被
指令选中的部分数据寄存器。并不是所有
的指令都在这个状态做任何事，一些指令可以
在数据寄存器现存的数据的基础上工作，<
/p>
TAP
控制器会在一个时钟周期内保持这种状态，
然后再转移到
Exit1-IR
或
Shift-IR
。
Shift-DR:
在
Shift-DR
的状态，
数据寄存器就好象一个转换寄存器在
TDI
和<
/p>
TDO
数据之间并从
TDI
转移到数据寄存器然后再通过
TDO
在每一个
TCK
的上升沿从数据寄存器中出去。数据
寄
存器会保持这种状态直到
TMS
变为高电平，然后设备会转移到
Exit1-DR
的状态。
Exit1-DR
在到达
Exit1-DR
状态后，
TAP
controller
转移到
Pause-DR
或者
Update-DR
在
TCK
下一
个上升沿，转到
Update-
DR
时，扫描的过程就结束了，当移动到
Pause-
DR
时可以暂停
TAP controller
的状态进程，此时可以允许测试机调用内存。
Pause-DR
当
Pause-DR
状态时，它允许一
个暂停来通过指令寄存器来转换数据，一种情况是
TAP
co
ntroller
执行其他的任务时可以使用此种状态，
TAP
controller
会保持这种状态知道
TMS
变为高电平，然后
TAP controller
会
转移到
Exit2-DR
状态。
Exit2-DR
在到达
Exit2-DR
状态之后，在下一个
TCK
的上升沿时
TAP controller
会转移到
Shift-
DR
或
Update-
DR
。转移到
Shift-
DR
时会从新开始扫描，转移到
Update-
DR
时中止扫描的进
程。
Update-DR
在
TCK
的下降沿时，
Update-DR
状态从
boundaryscan
寄存器锁住数
据到
boundaryscan
寄
存器
的并联输出。
在到达这个状态之后，
状态设备转移到
Run-Test/Idle
或
Select-
DR-scan
，
当一个测试转移到
S
elect-DR-scan
时比转移到
RUN-
Test/Idle
要快一个时钟周期，转到
RUN-
Test/Idle
去压制
ground
bounce
的影响是一个好办法。
Select-IR-Scan
TAPcontroller
充当一个开关的角色。在
TCK
下一个上升沿时，
TAPcontro
ller
开始
IR
扫
< br>描进程或者重置
TAPcontroller
到
TEST-Logic-Reset
状态。
IR
—
SCAN
进程放在
< br>TDI
和
TDO
之间的指令寄存
器中，并在下一个
TAPcontroller
指令中转换。<
/p>
Capture-IR
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