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浅谈嵌入式系统测试JTAG技术各个阶段

2017年08月10日 10:24 次阅读

引言

IEEE 1149.1边界扫描测试标准(通常称为JTAG、1149.1或“dot 1”)是一种用来进行复杂IC与电路板上的特性测试的工业标准方法,大多数复杂电子系统都以这种或那种方式用到了IEEE1149.1(JTAG)标准。为了更好地理解这种方法,本文将探讨在不同年代的系统开发与设计中是如何使用JTAG的,通过借助过去有关JTAG接入的经验或投入,推动设计向新一代发展。

大多数复杂电子系统都以这种或那种方式用到了IEEE1149.1(JTAG)标准。如果系统采用的是复杂FPGA或CPLD,那么几乎可 以肯定这些硬件是通过JTAG端口设置的。如果系统利用仿真工具来调试硬件或软件,那么仿真工具也很可能是通过JTAG端口与微处理器对话。而且,如果系 统中采用了球栅阵列(BGA)封装的IC,那么JTAG也是测试BGA器件与底层印制电路板之间连接的最有效方法。

支持EEE 1149.1边界扫描测试标准的IC与电路板都具备一个支持JTAG测试的4线串行总线(第5条线为可选的复位线)-TDI(测试数据输入)、TDO(测 试数据输出)、TMS(测试模式选择)与TCK(测试时钟)。该总线主要支持对焊点、电路板过孔、短路和开路等连接进行结构测试。此外,许多CPLD和 FPGA制造商也将JTAG作为其器件在系统编程与配置的标准方法。JTAG不但支持结构(互连)测试,如今还是一种用于在系统级实现配置、编程以及混合 信号测试的标准方法。

但大多数设计团队都在新设计中对JTAG的应用更倾向于不一步到位,而是以一种更易掌控的方式慢慢转为全面利用JTAG接口。有些团队规则(discipline)中广泛利用了JTAG接口,有些则只利用了其中很有限的一部分。但每种规则都根据其自身的需要调整JTAG.在各种规则的共同 作用下,发展出了几代不同的JTAG应用,每一代JTAG应用都有各自的特点,具有某种增强功能。

图1:第二代JTAG应用:利用JTAG多支路复用器简化对多个JTAG链的接入。

由于存在各种各样的JTAG接入要求,所以开发团队必需采用一种跨规则的JTAG接入策略以最大程度地发挥JTAG接入的功能。这种策略对 于实现一种标准方法非常必要,这种标准方法可以复用,并且下一代产品可以基于其构建。为了更好地理解这种方法,我们将探讨在不同年代的系统开发与设计中是 如何使用JTAG的,目的是通过借助过去有关JTAG接入的经验或投入,推动设计向新一代发展。

JTAG应用的各个阶段

在JTAG应用的第一阶段,只用到了某些有关电路板的特性和功能,有关该方法的整理和标准化工作却做得很少。

这是一种最简单的方法,几乎甚至完全不需要进行任何软件工具投资,通常使用IC厂商提供的免费工具即可。该阶段的JTAG通常不具备或者只 具备很有限的诊断功能,也没有可用于生成测试或编程的矢量的软件。这时的JTAG接入只在生产时用于配置CPLD或对闪存编程。稍复杂一些的板卡也可以用 它来做测试。

然而,这并不是成本最低的方法。因为每种规则都有可能会为其自身的需要用一个单独的JTAG接头(header),于是一块电路板上就得 用多个JTAG接头,从而增加了成本,也占用了电路板空间。而且,每种规则可能都会开发它们自己的“自制”软件工具和硬件,以实现与JTAG特性的交互, 而这些软件工具和硬件对其他规则(discipline)而言却是多余的。所以,采用这种方法开发的产品受其定制开发的影响,很难转移到新一代的产品中 去。如果在生产中采用,这种方法也会增加成本,因为它需要进行多次插入。

许多开发团队都被这一代JTAG应用绑住了手脚。最终,当系统复杂性持续增大时,要保持产品的竞争力,就必需采用一种JTAG接入策略。

第二代JTAG应用

在第二代JTAG应用中, 不同的开发团队规则对在新板卡设计上采用JTAG功能进行管理。该阶段的JTAG应用需要一定程度的ATPG(自动测试程序生成)软件工具(这类软件工具 具有稳健的诊断功能)投资,用于对编程和测试矢量的开发和传送进行管理。这类ATPG工具的供应商提供从简单的针对每一任务的矢量生成的支持与咨询服务, 也提供生产用的多任务(mulTI-seat)全套软件支持。

在每块电路板上添加一个策略性IC器件-JTAG复用器件,目的是去除电路板上的多个1149.1接头并管理多个JTAG通路。这个JTAG复用器件所占用的电路板空间通常比一个JTAG接头还小,但却简化了元件的隔离,也简化了提高接入效率所需扫描路径的组织。

例如,开发人员可能会希望将不同厂商的FPGA隔离在不同的扫描链中,以便简化利用每个厂商提供的工具接入JTAG的过程。另外,我们可能 还希望将微处理器放在一个单独的扫描链中,从而在仿真工具调试软件或在闪存写程序时,最大程度提高微处理器的运行速度。ATPG厂商对这些器件都提供了很 好的支持,因此软件支持通常很简单,直接提供交钥匙的方案。

图2:第三代J:将JTAG总线的扩展到在整个背板以连接多个板卡。

如今我们的第二代设计都只有一个单独的JTAG接入点,在这种基本配置下,整个板卡的所有仿真、配置和1149.1测试都可以在一次插入中,在一个测试站(test staTIon)上用一个基于PC的系统来实现。

在这一阶段出现了一种新的JTAG总线应用-在产品的整个生命周期中都能利用JTAG接入功能。例如,可以将整个电路板级的矢量图 (vector image)存档,以便在需要现场服务时,对板卡重新编程或调试。同样的接入功能还可以用于现场FPGA固件升级,或用于诊断一个FRU(现场可替换单 元)中的问题。返回厂家进行故障分析的设备也可以利用同一组矢量图(以及厂家或开发测试站)来对问题进行隔离。

如果说这一代JTAG应用有什么缺点,那就是开发团队通常还抱着单一板卡的心态。这是一种常有的心态,认为设计团队的责任只局限于其设计的板卡及其接口。然而,如果不能向第三代JTAG发展,那么这种JTAG应用就出现了瓶颈,限制了使用JTAG实现多板卡的能力。

第三代JTAG应用

当能够对一个背板上的多板卡系统级使用到JTAG的特性时,就实现了下一代JTAG接入。在这种环境下,仍然能够单独实现单板卡级JTAG功能,而且 还可以利用到板卡间的功能。这一代JTAG应用不 但促进了单板卡上不同规则的设计团队相互合作,也促进了整个系统下不同板卡设计团队之间的合作。如果在上一代JTAG应用中采用了一个JTAG多路器,那 么这个多路器支持多支路(mulTI-drop)接入。采用一种寻址方案,可以将串行JTAG总线用于多支路配置,提供对多板卡的支持。而一旦JTAG能 够接入一块背板上的多个板卡,就能实现系统级的配置或编程(例如,JTAG可以并行接入多块板卡)。

如果驱动器/接收器对允许进行JTAG可接入的全速BIST(内建自测),也能测试板卡之间的背板互连,或者可以验证板卡之间的高速 LVDS串行链接,那么就能对板卡间背板互连的完整性进行测试,或者验证板卡间的高速LVDS串行连接。或这些高速互连都是电容性耦合,并且驱动器/接收 器支持,则可以进行IEEE 1149.6测试。

利用与第二代同样的设备-一个基于PC的JTAG站,就能使用所有这些JTAG功能。这个基于PC的JTAG站用作JTAG主控设备,通过一组单独的线路连接到背板上的JTAG接头。这个主控设备负责驱动测试矢量,并管理整个背板上的器件接入JTAG功能。

第三代JTAG应用中添加的一项最有意思的新功能,在系统运行时,通过这个边带(sideband)JTAG通道可以访问整个系统。具备了这一功能,这使得很多系统级功能得以实现,例如在线“健康”状况监测、故障预测、故障检测、故障插入(用于故障转移测试或冗余度测试)以及诊断。

第四代JTAG应用

当测试矢量的传送和管理发生在系统内部时,对JTAG的应用就达到了最高级别,即第四代。第四代JTAG应用采用了一个板载JTAG主控制器来驱动背板JTAG总线。同时,还利用板载存储器存储测试矢量,并利用一个微处理器驱动JTAG主控制器。多板卡系统级主控制器可以位于一块单独的板卡上的,也可以在每块板卡上设置一个主控制器以增强控制性能。

到了第四代,所有前面几代JTAG应用的 功能都能通过远程方式实现,包括编程、配置、互连测试以及诊断,从而极大降低了现场服务与支持所需的成本。当需要升级一个现场系统的固件时,直接将新的配 置文件下载到JTAG主控制器上,再由JTAG主控制器通过背板JTAG总线将其发给目标器件即可。当然,在生产时只要将主控制器禁用,那么仍可使用基于 PC的JTAG接入站,这又进一步增强了灵活性,也在所有集成度上提供了最多的接入选择。

JTAG接入可以通过外部或内部启动,也可以由某些系统事件启动,例如系统上电或电源复位。

本文小结

迄今为止,JTAG应用与集成中存在的最大障碍,就是如何让人们认识到需要一种基于多个开发规则的策略,并使管理者相信这种策略能够带来经济效益。一旦跨出了这一步,并且采用了 ATPG支持和JTAG复用器件,那么就更容易一步步或一代代地循序渐进评估或实现新的JTAG功能。而且,如果开发团队能够基于先前应用JTAG的经 验,就能更好地发挥JTAG总线的功用。

增大JTAG结构的复杂性并不一定会成为系统的负担,恰恰相反,这样才能完全地发挥JTAG作为一个受到广泛支持的,对现代复杂电子系统进行系统级测试、编程、配置和的健康状态监控的工业标准方法的全部价值。

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嵌入式设备与PC通讯的通信协议设计经验 嵌入式设备在运行中需要设置参数,这个工作经常由PC机来实现。

发表于 2018-03-06 10:06 811次阅读
三种常见嵌入式设备通信协议

还不错!装有移动设备和嵌入式设备的神经网络机器学...

Arm宣布推出神经网络机器学习(ML) 软件 Arm NN,这只是第一步,我们还计划添加其他高级神经...

发表于 2018-03-06 09:26 440次阅读
还不错!装有移动设备和嵌入式设备的神经网络机器学...

网民对嵌入的了解

人觉得其实互联网中真正有技术含量的就是后台开发,包括集群架构与优化,分布式系统和云计算等,

发表于 2018-03-05 16:28 93次阅读
网民对嵌入的了解

三道嵌入式Linux复习题

题一:在大多数linux发行版本中,以下哪个属于块设备 (block devices) ? a....

发表于 2018-03-05 15:28 122次阅读
三道嵌入式Linux复习题

《通过SensorTile了解嵌入式系统》

SensorTile包括5个实用的MEMS传感器,

发表于 2018-03-05 14:32 139次阅读
《通过SensorTile了解嵌入式系统》

嵌入式Linux内核编译步骤和经验

不过这应该也不是必须的,因为我在我的Fedora 13上(其自带的内核版本是2.6.33.3),就下...

发表于 2018-03-05 14:26 615次阅读
嵌入式Linux内核编译步骤和经验

嵌入式的由来和发展

对嵌入式的发展起到至关重要的人物Jim Ready

发表于 2018-03-05 13:49 168次阅读
嵌入式的由来和发展

嵌入式驱动的构造分析总结

在Linux系统上编写驱动程序,说简单也简单,说难也难。难在于对算法的编写和设备的控制方面,是比较让...

发表于 2018-03-03 09:23 524次阅读
嵌入式驱动的构造分析总结

嵌入式开发中可能会碰到的一些问题

1、单片机等小的外部总线单片机等小的MCU一般都有外部总线,可以用来接真彩LCD(异步总线接口TFT...

发表于 2018-03-02 14:04 535次阅读
嵌入式开发中可能会碰到的一些问题

嵌入式Linux复习题精华

题一: led驱动编写有几种方式?思考过后,再到下方寻找答案 题二: bootloader和uboo...

发表于 2018-03-02 11:21 440次阅读
嵌入式Linux复习题精华

嵌入式硬件电路设计基础知识梳理

今天就说说硬件电路设计方面的几个注意事项,首先,咱们了解下嵌入式的硬件构架。

发表于 2018-03-01 15:16 530次阅读
嵌入式硬件电路设计基础知识梳理

一文了解stm32使用DMA模块的相关操作

CPU最重要的工作室进行数据运算,从加减乘除到一些高级的运算,包括浮点、积分、微分、FFT等。CPU...

发表于 2018-02-27 11:18 3293次阅读
一文了解stm32使用DMA模块的相关操作

你知道嵌入式c中各变量存储位置吗

在进行C/C++编程时,需要程序员对内存的了解比较精准。经常需要操作的内存可分为以下几个类别: ...

发表于 2018-02-24 13:53 705次阅读
你知道嵌入式c中各变量存储位置吗

如何定制嵌入式Linux发行版

便宜的物联网板的普及意味着它不仅会控制应用程序,还会控制整个软件平台。 那么,如何构建一个针对特定用...

发表于 2018-02-24 10:37 385次阅读
如何定制嵌入式Linux发行版

嵌入式设计开发中的常见问题小总结

单片机等小的外部总线单片机等小的MCU一般都有外部总线,可以用来接真彩LCD(异步总线接口TFT显示...

发表于 2018-02-24 10:23 1396次阅读
嵌入式设计开发中的常见问题小总结

基于嵌入式PIC32单片机的目标检测与跟踪系统

通过借鉴嵌入式系统在电子技术、信号处理以及计算机等领域应用的成功经验,在分析目标检测与跟踪算法的基...

发表于 2018-02-15 22:42 697次阅读
基于嵌入式PIC32单片机的目标检测与跟踪系统

嵌入式电机控制系统在医疗行业中应用

由于精度不断提高,机器人系统已在实验室、医院甚至病人的体内得到了实际应用。 从药品研发实验室、放射科...

发表于 2018-02-14 20:49 1505次阅读
嵌入式电机控制系统在医疗行业中应用

赛灵思扩大生态系统,重塑嵌入式视觉、工业物联网系...

赛灵思工业物联网 丰富的 IP、软件、硬件与设计服务解决方案让基于赛灵思 All Programma...

发表于 2018-02-14 03:09 681次阅读
赛灵思扩大生态系统,重塑嵌入式视觉、工业物联网系...

FTDI推出嵌入式视频引擎(EVE)系列的首款芯...

当今的智能显示设计非常复杂,常常需要使用32位高端处理器(带大量的I/O接口和外部存储器)、较高的成...

发表于 2018-02-12 04:01 207次阅读
FTDI推出嵌入式视频引擎(EVE)系列的首款芯...

基于Intel嵌入式处理器IXP425的会议电视...

本文介绍了采用IXP425作为核心主控单元和3片DM642作为核心数据处理单元的会议电视多点控制单元...

发表于 2018-02-11 03:23 235次阅读
基于Intel嵌入式处理器IXP425的会议电视...

基于嵌入式系统中看门狗的原理与使用

在产品化的嵌入式系统中,为了使系统在异常情况下能自动复位,一般都需要引入看门狗。

发表于 2018-02-08 18:27 1060次阅读
基于嵌入式系统中看门狗的原理与使用

很全面的嵌入式开发与学习的入门知识

刚刚涉及嵌入式开发者总是先阅读一些指导类型文章,然后就开始对开发语言的选择踌躇不决。是C 还是C++...

发表于 2018-02-08 16:55 1435次阅读
很全面的嵌入式开发与学习的入门知识

基于FPGA/CPLD的嵌入式VGA显示系统设计

VGA(Video GraphICs Array)即视频图形阵列,是IBM在1987年随PS/2机(...

发表于 2018-02-08 06:44 270次阅读
基于FPGA/CPLD的嵌入式VGA显示系统设计

基于嵌入式Linux内核的特殊矩阵键盘设计完整驱...

为了适应嵌入式设备外设的多样性,本文以特殊矩阵键盘为例,设计了一套完整的驱动 控制模块 。硬件电路设...

发表于 2018-02-07 09:44 283次阅读
基于嵌入式Linux内核的特殊矩阵键盘设计完整驱...

基于ARM9处理器的嵌入式Boa服务器的网络远程...

随着高科技技术逐渐融入到传统的农副业,温室培养已成为生产反季节作物的方式。介绍了基于S3C2410处...

发表于 2018-02-07 09:29 151次阅读
基于ARM9处理器的嵌入式Boa服务器的网络远程...

基于STM32平台的μC/OS-II上的μC/G...

μC / GUI 是一种专为嵌入式应用设计的通用图形接口软件。本文详细介绍了μC/GUI的结构框架和...

发表于 2018-02-07 09:25 291次阅读
基于STM32平台的μC/OS-II上的μC/G...

基于LPC2365和嵌入式μC/OS-II下的多...

本文介绍了以 LPC2365 为核心处理器、嵌入式 实时操作系统 μC / OS-II 下的 多串口...

发表于 2018-02-07 09:21 483次阅读
基于LPC2365和嵌入式μC/OS-II下的多...

Reset对嵌入式系统稳定性的重要性分析

嵌入式系统 的应用领域越来越广泛,干扰或者恶劣环境常影响嵌入式系统运行的 稳定性 和可靠性。 Res...

发表于 2018-02-07 09:04 205次阅读
Reset对嵌入式系统稳定性的重要性分析

嵌入式SoC芯片S698-T的飞参采集器设计

随着我国航空业的发展,我国自主设计的飞机越来越多的飞行在天空中,为了记录监控飞机飞行过程中,飞机各种...

发表于 2018-02-07 08:49 141次阅读
嵌入式SoC芯片S698-T的飞参采集器设计

基于S3C2410嵌入式设备的U-Boot移植流...

S3C2410 是三星公司针对嵌入式系统推出的高性价比微处理器,它是基于ARM9TDMI内核的16/...

发表于 2018-02-07 07:58 196次阅读
基于S3C2410嵌入式设备的U-Boot移植流...

嵌入式常用的通信协议

随着通信与计算机整合时代的到来,数字化、宽带化和智能化已成为未来通信发展的方向,人类社会对电信业务从...

发表于 2018-02-06 18:48 482次阅读
嵌入式常用的通信协议

嵌入式常用接口协议

接口协议指的是需要进行信息交换的接口间需要遵从的通信方式和要求。接口协议的种类非常多。接口协议不仅要...

发表于 2018-02-06 17:54 279次阅读
嵌入式常用接口协议