SCANSTA101：低电压IEEE 1149.1系统测试访问主设备的深度剖析

在电子设备的测试与验证领域，IEEE 1149.1（JTAG）标准发挥着至关重要的作用。德州仪器（TI）的SCANSTA101作为一款低电压IEEE 1149.1系统测试访问（STA）主设备，为嵌入式测试和独立边界扫描测试提供了强大而灵活的解决方案。今天，我们就来深入探讨一下这款设备的特点、架构、电气特性以及应用等方面的内容。

文件下载：scansta101.pdf

一、SCANSTA101的特性亮点

SCANSTA101具有众多令人瞩目的特性，使其在测试领域脱颖而出。

1. 标准兼容性：它完全兼容IEEE Std. 1149.1（JTAG）测试访问端口和边界扫描架构，这意味着它可以无缝集成到现有的JTAG测试系统中，为系统测试提供了标准化的解决方案。
2. 软件支持：得到了德州仪器的SCAN Ease（SCAN嵌入式应用软件开发工具）软件Rev 2.0的支持，该软件为开发者提供了便捷的开发环境，能够更高效地实现测试功能。
3. 接口灵活性：采用通用的异步处理器接口，可与多种处理器和处理器时钟（PCLK）频率兼容，同时具备16位数据接口（IP可扩展至32位），并配备2k x 32位双端口内存，为数据传输和存储提供了强大的支持。
4. 多种操作模式：支持“即时加载（LotF）”和预加载向量操作模式，以及板载序列器允许进行多向量操作，如将数据加载到FPGA中。此外，板载比较器支持对测试数据输入（TDI）与预加载的预期数据进行验证，32位线性反馈移位寄存器（LFSR）可实现签名压缩。
5. 电压与输出特性：工作在3.3V电源电压下，具有5V容限I/O，输出支持掉电三态模式，提高了系统的稳定性和可靠性。

二、架构解析

SCANSTA101的架构围绕双端口内存构建，包含三个主要接口：并行处理器接口（PPI）、串行扫描接口（SSI）和测试与调试接口。

2.1 接口描述

接口	描述
并行处理器接口	用于配置、ScanMaster扫描链的加载和读取、可编程设备文件的加载和读取以及状态监控。
串行扫描接口	执行并行到串行的转换，对输出的串行流进行排序和格式化，以符合1149.1协议。
测试与调试接口	支持IEEE 1149.1 TAP，为设备的测试和调试提供了便利。
系统输入	用于系统控制的接口输入，如时钟、复位和输出三态控制。

2.2 双端口内存

双端口内存模块是一个2048 x 32位的双端口内存，作为PPI和SSI之间的缓冲区。从处理器侧看，有七个内存区域，分别是TDO_SM、TDI_SM、预期、掩码、向量、头/尾、宏、序列器和扫描桥支持。该内存采用大端字节序，从SSI侧看是一个整体，且SSI维护一个指针。

2.3 各模块功能

• 并行处理器接口（PPI）：接收来自处理器的并行数据，将数据存储到双端口内存或内部寄存器中，同时提供配置、控制和获取设备状态的功能。它由多个逻辑块组成，包括边缘检测器、处理器接口控制器、内存/寄存器解码器、字/长字转换器、控制生成器、状态/中断生成器和标志生成器。
• 串行扫描接口（SSI）：提供并行到串行和串行到并行的转换路径，为STA主设备和IEEE 1532功能提供测试数据和测试控制。它包含时钟分频器和TCK_SM控制、TAP跟踪器、移位器、比较器、预期和掩码寄存器、串行扫描接口控制器和扫描桥控制器等模块。

三、电气特性

3.1 绝对最大额定值

了解设备的绝对最大额定值对于确保系统的可靠性至关重要。SCANSTA101的绝对最大额定值包括电源电压、输入/输出电压、电流等参数。例如，电源电压（VCC）范围为 -0.5V至 +4.0V，直流输入/输出二极管电流为 -20mA，直流输出源/灌电流为 ±50mA等。

3.2 推荐工作条件

推荐工作条件下，电源电压（VCC）为3.0V至3.6V，输入/输出电压为0V至VCC，工作温度范围为 -40°C至 +85°C。在这些条件下，设备能够稳定运行，发挥最佳性能。

3.3 直流和交流电气特性

文档详细列出了直流和交流电气特性，包括最小高输入电压、最大低输入电压、最小高输出电压、最大低输出电压等参数，以及各种传播延迟、时钟频率等交流特性。这些参数为电路设计和系统集成提供了重要的参考依据。

四、应用与寄存器

4.1 应用场景

SCANSTA101适用于嵌入式IEEE 1149.1应用和独立边界扫描测试仪，可用于测试和验证电子设备的功能和性能，如电路板的互连测试、芯片的功能测试等。

4.2 寄存器总结

文档中提供了详细的寄存器总结，包括起始寄存器、状态寄存器、中断控制寄存器、时钟分频寄存器等多个寄存器的地址、类型、助记符、有效寄存器位和复位值。这些寄存器用于配置和控制设备的各种功能，开发者可以通过读写这些寄存器来实现不同的测试模式和操作。

五、测试与安全特性

5.1 测试能力

SCANSTA101支持多种IEEE 1149.1指令集，如EXTEST、SAMPLE/PRELOAD、BYPASS、IDCODE等，可实现对芯片和电路板的全面测试。此外，它还提供了内存内置自测试（BIST）支持，可通过JTAG接口或设置起始寄存器中的板载内存BIST位来启动内存BIST。

5.2 安全模式

为了提供单事件翻转/单事件错误（SEU/SEE）保护，设备实现了三重模块化冗余（TMR），并在复位后将所有扫描接口输出驱动到SEU容忍的安全值。同时，JTAG TAP控制器的EXTEST和HIGHZ输出与TRST进行门控，以保护边界扫描单元。

六、实际应用中的注意事项

6.1 部分长字的读写

在向TDO_SM内存写入部分长字或从TDI_SM内存读取部分长字时，需要特别注意。由于TDO_SM移位器先移出LSB，因此部分长字中的有效位必须作为最低有效位存储和写入内存，以确保所需的位能够准确加载到TDO_SM移位器并移出到边界扫描链。

6.2 时钟和复位策略

输入时钟（SCK）最高可达66MHz，输出时钟（TCK_SM）是SCK的分频、寄存版本，可选择为SCK的1/2、1/4、1/8等。外部硬件复位（RST）将与输入时钟同步，并与软复位结合生成同步的内部复位。在操作过程中，可通过向设置寄存器中的复位位写入 '1' 来复位芯片。

6.3 软件接口和寄存器定义

文档详细介绍了每个可寻址寄存器的定义，包括起始寄存器、状态寄存器、中断控制寄存器等。开发者需要了解这些寄存器的功能和使用方法，以便正确配置和控制设备。

七、总结

SCANSTA101作为一款功能强大的低电压IEEE 1149.1系统测试访问主设备，具有丰富的特性和灵活的架构，为电子设备的测试和验证提供了全面的解决方案。在实际应用中，开发者需要深入理解其架构、电气特性、寄存器定义等方面的内容，合理配置和使用设备，以确保系统的可靠性和稳定性。同时，注意实际应用中的各种细节，如部分长字的读写、时钟和复位策略等，能够更好地发挥设备的性能。你在使用SCANSTA101的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。