SJTAG技術(shù)在ATCA體系的應(yīng)用

背景技術(shù)

隨著通信市場對無線與有線服務(wù)的需求持續(xù)成長，電信產(chǎn)業(yè)認(rèn)識到需要跳脫專利型或部分開放型架構(gòu)的桎梏，以便獲得更多的選擇空間。因此PICMG（PCI Industrial Computer Manufacturers Group，PCI工業(yè)計(jì)算機(jī)制造組織）提出了AdvancedTCA的開放式硬件平臺的相關(guān)規(guī)范，稱為PICMG 3.X規(guī)范，針對新一代網(wǎng)絡(luò)元素提供充裕的擴(kuò)充性與空間，支持多種交換協(xié)議與接口，提供一套機(jī)箱層級的管理機(jī)制，采納業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的智能型平臺管理接口(Intelligent Platform Management Interface)，能運(yùn)用智能型平臺管理總線建置成放射狀或總線拓?fù)洹?

圖1 ATCA基本管理結(jié)構(gòu)圖

在ATCA架構(gòu)的系統(tǒng)中，每個機(jī)框配備兩塊CMM（Chassis Management Module，機(jī)框管理模塊），互為主備，如圖1所示，每個CMM可單獨(dú)管理機(jī)框內(nèi)的所有單板，同時每個單板中都需要實(shí)現(xiàn)IPMC（Intelligent Platform Management Controller，智能平臺管理控制器）的功能，IPMC主要完成ATCA單板或其他機(jī)框組件上各種關(guān)鍵硬件資源的監(jiān)視、控制及管理，包括單板或模塊的有效凈荷部分狀態(tài)檢測、單板溫度及電壓檢測、熱插拔管理、FRU信息獲取、告警管理、電源管理、復(fù)位狀態(tài)、傳感器及事件管理、日志管理、E-Keying（電子開關(guān)）管理等，同時要完成對AMC（Advanced Mezzanine Card，高級夾層子卡）子卡硬件地址、溫度、電壓、復(fù)位、熱插拔和告警指示燈等的管理及事件記錄，通過雙冗余的IPMB（Intelligent Platform Management Bus，智能平臺管理總線）總線與CMM通信，把各種事件及信息上報(bào)給CMM并接受CMM的管理和控制。

AMC子卡基于PICMG所提出的PICMG AMC.0 Rx規(guī)范，子卡在MMC（Module Management Controller，模塊管理控制器）的管理下具有熱插拔、告警指示、電壓/溫度監(jiān)控、有效凈荷狀態(tài)監(jiān)控、上/下電控制、地址識別、FRU信息讀取等功能，MMC與IPMC之間通過IPMB-L總線相連進(jìn)行通信。

圖2 JTAG獨(dú)立型連接圖

隨著ATCA架構(gòu)在電信行業(yè)逐漸推廣和大規(guī)模使用，單板的邏輯及軟件版本的更新必然更加頻繁，同時大規(guī)模集成電路越來越多的內(nèi)嵌了支持IEEE1149.1協(xié)議的JTAG技術(shù)以便支持其測試及維護(hù)，借助于JTAG技術(shù)，越來越多的芯片能夠支持ISP(In System Programe，在系統(tǒng)可編程)及ICT(In Circuit Test，電路在線測試)等技術(shù)，這種編程及維護(hù)方式正逐漸成為設(shè)計(jì)的主流。

圖3 JTAG菊花鏈連接圖

目前的JTAG技術(shù)都是基于IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)，其在單板中的應(yīng)用基本上基于圖2及圖3的方式。圖2的使用情況較多，簡單易行，但是增加板上插座數(shù)量，增加了成本和布局面積，現(xiàn)場維護(hù)也不方便；圖3的連接方式其實(shí)就是JTAG菊花鏈的改進(jìn)型，可以減少插座使用數(shù)量，但菊花鏈的延長使得該鏈的TCK最大頻率受制于該鏈中最低TCK頻率的器件，同時導(dǎo)致整條鏈上BSC(Boundary Scan Cell，邊界掃描單元)的增加，嚴(yán)重降低JTAG掃描的速度。對于不同電平的JTAG還額外需要增加電平轉(zhuǎn)換器件。

SJTAG技術(shù)概述

SJTAG（System JTAG）技術(shù)基于已廢棄的IEEE 1149.5協(xié)議的基礎(chǔ)，SJTAG Group發(fā)展成系統(tǒng)級邊界掃描標(biāo)準(zhǔn)，專注于系統(tǒng)層面的Test &Configuration，SJTAG能提供以背板互聯(lián)為依托的一種多板甚至多框測試配置方案。

SJTAG技術(shù)應(yīng)用的不利因素

在一個獨(dú)立的機(jī)框中各單板中JTAG設(shè)備的邊界掃描以及更新可以由單板獨(dú)立完成，或由其他控制板通過某種類型總線傳送到該單板進(jìn)行，從而可實(shí)現(xiàn)自更新/自測試或者遠(yuǎn)程更新/遠(yuǎn)程測試，如圖4所示。圖中管理板與單板之間的通信總線可以有多種選擇，但是根據(jù)ATCA的規(guī)范，管理板與節(jié)點(diǎn)板之間只有IPMB總線，而IPMB即為IIC總線，IIC總線的全速只有400Kb/s，在進(jìn)行大量測試以及更新數(shù)據(jù)傳送時這種速錄一定會成為瓶頸。此為JTAG技術(shù)在ATCA中應(yīng)用的一個不利因素。

此外，這種通信方式要求位于節(jié)點(diǎn)板上的本地控制器（部分地方也稱為BMC或者IPMC）處于工作狀態(tài)，如果本地控制器沒有工作，例如在工廠生產(chǎn)測試情況下或者本地控制器由于某種原因處于故障狀態(tài)，也無法進(jìn)行JTAG測試流程。此為JTAG技術(shù)在ATCA中應(yīng)用的第二個不利因素。

圖4 依賴本地控制器的JTAG測試結(jié)構(gòu)圖

另外，基于PICMG R3.0標(biāo)準(zhǔn)衍生發(fā)展的PICMG AMC.0 Rx標(biāo)準(zhǔn)，使得AMC子卡的應(yīng)用逐漸增多，AMC子卡的設(shè)計(jì)也越來越復(fù)雜多樣，使用的JTAG設(shè)備也越來越多，而AMC標(biāo)準(zhǔn)僅提供一套JTAG接口，如果僅僅將AMC上所有JTAG如圖3所示串成一條菊花鏈，隨著器件的增加，菊花鏈中的BSC必然越來越多從而影響測試速度。這是JTAG技術(shù)在ATCA中應(yīng)用的第三個不利因素。

SJTAG技術(shù)應(yīng)用方案

為實(shí)現(xiàn)在ATCA系統(tǒng)架構(gòu)中，克服以上不利因素，應(yīng)用SJTAG技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各單板的所有JTAG設(shè)備包括AMC子卡及本地控制器的更新（包括PLD/FPGA/CPU/FLASH）或者測試（包括在位測試/簡單管腳互連測試等/內(nèi)建自測/管腳狀態(tài)測試等測試項(xiàng)目），同時支持遠(yuǎn)程更新及測試流程下發(fā)?，F(xiàn)采用如下的技術(shù)方案。如圖5所示。

圖5 ATCA的SJTAG測試結(jié)構(gòu)圖

（1）ATCA所有業(yè)務(wù)單板中增加專用JTAG ASIC橋片，橋片地址可直接使用機(jī)框槽位地址，分出多條JTAG子鏈，分別連接業(yè)務(wù)單板上的PLD/FPGA/CPU/AMC等所有包含JTAG的設(shè)備，并按照規(guī)則分類。

（2) CMM單板中增加ETC（Embedded Test Controller，嵌入式測試控制器）以及JTAG橋片，通過一個主備邏輯來選擇當(dāng)前CMM處于機(jī)框測試主控板還是被測單板，從而實(shí)現(xiàn)主備互相升級。當(dāng)作為被測單板時，其JTAG橋片的設(shè)計(jì)與普通業(yè)務(wù)單板相同。如圖6所示。

圖6 CMM主備互相升級結(jié)構(gòu)圖

（3）AMC子卡如果JTAG設(shè)備較多，也可增加JTAG橋片，連接方式同普通業(yè)務(wù)單板相同；考慮到AMC子卡面積有限，很多情況下JTAG設(shè)備并不會很多，因此也可以直接將所有JTAG設(shè)備經(jīng)過驅(qū)動后全部串成菊花鏈，不過各種設(shè)備在菊花鏈中的位置按照預(yù)先的規(guī)則要求進(jìn)行排列。

(4) ATCA標(biāo)準(zhǔn)背板上使用規(guī)范規(guī)定的Metallic Test總線實(shí)現(xiàn)單端的5線制JTAG測試總線。

(5) 機(jī)框上增加JTAG測試總線的接口，可直接接入外部測試機(jī)進(jìn)行測試，此時可不依賴CMM，用于數(shù)據(jù)量較大、計(jì)算較復(fù)雜的測試情況。

(6) 在所有被測單板（包括處于備份狀態(tài)的CMM和所有AMC子卡）的PLD上固定配置單板信息，便于ETC能掃描到單板類型。

圖7 外部測試結(jié)構(gòu)圖

(7) CMM板CPU增加對外控制接口（以太網(wǎng)口、USB或現(xiàn)場總線等），可通過外部測試機(jī)下發(fā)給CMM板，由CMM板轉(zhuǎn)發(fā)測試向量。如圖7所示。

由于需要規(guī)劃整個機(jī)框的JTAG設(shè)備，而JTAG設(shè)備的種類又比較繁多，同時需要對不同單板的JTAG橋片地址進(jìn)行規(guī)劃，因此需要對JTAG地址進(jìn)行如下規(guī)劃：

(1) 業(yè)務(wù)單板和CMM板上的JTAG橋片地址基本可以直接使用ATCA槽位地址，或者經(jīng)過某種邏輯運(yùn)算。

(2) AMC單板的橋片地址可以使用AMC插座槽位地址的邏輯運(yùn)算得到。

(3) 各個被測單板保證JTAG橋片的LSP0(Local Scan Port，本地掃描端口)連接IPMC或者BMC，包含單板信息的PLD器件連接LSP1鏈的第一個位置。每個AMC子卡單獨(dú)使用一條LSP。

(4) 如果AMC子卡使用了二級橋片實(shí)現(xiàn)JTAG擴(kuò)展，要求保證二級橋片LSP0連接MMC,包含子卡信息的PLD器件處于LPS1的第一個位置；如果沒有使用二級橋片擴(kuò)展，要求MMC處于JTAG鏈的第一個位置，包含子卡信息的PLD處于第二個位置。

通過這種設(shè)計(jì)模式，除了能夠進(jìn)行ATCA整框的現(xiàn)場升級維護(hù)，還可以進(jìn)行產(chǎn)品出廠或者現(xiàn)場測試，實(shí)現(xiàn)故障定位，能夠?qū)崿F(xiàn)基礎(chǔ)互連測試、簇測試、ID測試、功能測試、采樣測試、存儲器測試、PLD/Flash加載測試等?？梢詫JTAG測試升級技術(shù)真正用于系統(tǒng)級工程，提高了測試點(diǎn)覆蓋率，降低了研發(fā)和生產(chǎn)隱患，提高了工作效率，將JTAG技術(shù)充分地進(jìn)行了發(fā)揮。

總結(jié)

本文將SJTAG技術(shù)應(yīng)用于ATCA架構(gòu)中，根據(jù)ATCA架構(gòu)的特點(diǎn)，將JTAG技術(shù)充分發(fā)揮，克服了普通ATCA測試/升級方法速度慢、風(fēng)險大，存在測試/升級盲區(qū)，AMC子卡升級方式單一，主控板無法升級等缺點(diǎn)，將全框都納入了可現(xiàn)場測試/升級的范疇。通過對AMC子卡升級方式的靈活改進(jìn)，完善二級橋片和菊花鏈的兼容模式，不需要被測單板上任何處理器處于工作狀態(tài)，甚至可以應(yīng)用于出場大批量的升級和測試。