邊界掃描在帶DSP芯片數(shù)字電路板測(cè)試中的應(yīng)用

0 引言

在現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)中，帶有DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)芯片的數(shù)字電路板應(yīng)用很廣。DSP芯片基本支持IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)，并且在電路板中形成了邊界掃描鏈，支持邊界掃描測(cè)試。

在DSP電路板中有這樣一類集成電路，它們屬于非邊界掃描器件，位于電路板邊緣連接器和由DSP芯片形成的邊界掃描鏈之間。這部分器件的功能測(cè)試難以進(jìn)行。首先，這些帶DSP的電路板有獨(dú)立的時(shí)序，所以不能單獨(dú)采用傳統(tǒng)的通過外部接口輸入測(cè)試矢量的方法進(jìn)行測(cè)試；其次，邊界掃描測(cè)試只能對(duì)與DSP芯片相連的引腳進(jìn)行互連測(cè)試，可檢測(cè)短路故障，但是難以進(jìn)行功能測(cè)試。

本文采用邊界掃描測(cè)試技術(shù)與傳統(tǒng)的測(cè)試方法相結(jié)合，為這類器件的功能測(cè)試提供了一種新的選擇。 1測(cè)試方法

在IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定了4條強(qiáng)制性指令：旁路指令(BYPASS)、采樣指令(SAMPLE)、預(yù)裝指令(PRELOAD)、互連測(cè)試指令(EXTEST)。根據(jù)采樣指令和互連測(cè)試指令的工作原理，利用邊界掃描單元能夠捕獲和驅(qū)動(dòng)引腳信號(hào)。利用邊界掃描器件的這一特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)用DSP芯片對(duì)圖1所示的電路板中非邊界掃描器件進(jìn)行信號(hào)采集和激勵(lì)向量發(fā)送，從而利用邊界掃描測(cè)試技術(shù)與傳統(tǒng)的測(cè)試方法相結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)這類器件進(jìn)行測(cè)試。

這種測(cè)試方法可分兩種情況：

a)如圖2中實(shí)線所示，非邊界掃描器件的輸入端與邊緣連接器相連，輸出端與DSP芯片相連。使用故障診斷軟件，通過數(shù)字I／O模塊產(chǎn)生穩(wěn)定的激勵(lì)向量，激勵(lì)向量通過邊緣連接器送人非邊界掃描器件，所產(chǎn)生的響應(yīng)向量由與其相連的邊界掃描器件(DSP芯片)獲取，并通過邊界掃描通道把獲取的響應(yīng)向量串行輸出并顯示。根據(jù)被測(cè)器件的工作特性可以分析出理論上的預(yù)期響應(yīng)向量，將所獲取的響應(yīng)向量與預(yù)期響應(yīng)向量進(jìn)行比較，如果比較結(jié)果不一致，說明器件可能存在功能性故障。

b)如圖2中虛線所示，非邊界掃描器件的輸入端與DSP芯片相連，輸出端與邊緣連接器相連。使用邊界掃描測(cè)試軟件，將測(cè)試激勵(lì)向量串行移人相關(guān)引腳(與非邊界掃描器件相連的引腳)的邊界掃描單元中，并驅(qū)動(dòng)到引腳，把測(cè)試激勵(lì)送入被測(cè)器件，所產(chǎn)生的響應(yīng)向量通過邊緣連接器由數(shù)字I／O模塊獲取，由故障診斷軟件讀取觀察分析。根據(jù)被測(cè)器件的工作特性可以分析出理論上的預(yù)期響應(yīng)向量，將所獲取的響應(yīng)向量與預(yù)期響應(yīng)向量進(jìn)行比較，如果比較結(jié)果不一致，說明器件可能存在功能性故障。

2 測(cè)試系統(tǒng)的組成

測(cè)試系統(tǒng)的硬件組成如圖3所示。VXI系統(tǒng)采用VXI-1394外部控制方式；零槽模塊負(fù)責(zé)把IEEE 1394串行通信協(xié)議轉(zhuǎn)換為VXI協(xié)議；數(shù)字I／O模塊型號(hào)是DIOM-64，每個(gè)模塊有64路I／O通道，3個(gè)數(shù)字I／O模塊共提供192個(gè)測(cè)試通道，主要用于向被測(cè)電路板提供激勵(lì)信號(hào)和采集電路板的輸出信號(hào)；適配器用于測(cè)試設(shè)備與被測(cè)板之間的信號(hào)匹配以及向被測(cè)板提供電源；JTAG接口控制器實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)算法產(chǎn)生的信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)JTAG信號(hào)之間的傳輸和轉(zhuǎn)換。

軟件組成包括邊界掃描測(cè)試軟件ScanWorks系統(tǒng)、故障診斷軟件TestVee、響應(yīng)向量采集程序和測(cè)試激勵(lì)輸出程序。ScanWorks用于建立和執(zhí)行邊界掃描測(cè)試，主要功能包括掃描鏈路測(cè)試、互連測(cè)試、存儲(chǔ)器測(cè)試等；TestVee用于控制數(shù)字I／O模塊的工作狀態(tài)；響應(yīng)向量采集程序和測(cè)試激勵(lì)輸出程序根據(jù)被測(cè)電路實(shí)際情況開發(fā)。

3 測(cè)試驗(yàn)證

3.1 電路板電路分析

被測(cè)板的邊界掃描鏈由6片ADSP-21060組成，JTAG接口滿足邊界掃描測(cè)試條件，但引腳信號(hào)定義與ScanWorks系統(tǒng)的JTAG接口適配器定義不同，必須在測(cè)試前進(jìn)行重新配置連接。被測(cè)器件SN54LS245(D33)在被測(cè)板中的連接情況如圖4所示。D33的控制引腳19(OE)被其他非邊界掃描器件控制，在這里做接地處理；控制引腳1(DIR)連接在D36A(54LS244)的14腳上，D36A控制引腳連接在邊緣連接器上，所以能夠利用數(shù)字I／O模塊通過控制其工作狀態(tài)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)D33的工作狀態(tài)的控制。

3.2 響應(yīng)向量采集程序和測(cè)試激勵(lì)輸出程序的開發(fā)

采用ScanWorks系統(tǒng)提供的Macro語(yǔ)言編程。Macro語(yǔ)言由一個(gè)編譯器和一個(gè)解析器組成，編譯器獲取源代碼和生成可執(zhí)行程序并輸出，解析器獲取可執(zhí)行程序并執(zhí)行。以DSP芯片的BSDL(邊界掃描描述語(yǔ)言)文件為基礎(chǔ)，響應(yīng)向量采集程序?qū)σ_上輸入(INPUT)型掃描單元編程，利用SAMPLE指令實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集；測(cè)試激勵(lì)輸出程序?qū)σ_上輸出(OUT-PUT)型掃描單元編程，利用EXTEST指令實(shí)現(xiàn)激勵(lì)輸出。SN54LS245的數(shù)據(jù)通信方向可控，可同時(shí)進(jìn)行兩種連接情況的測(cè)試，所以對(duì)DAT0-DAT7分別進(jìn)行響應(yīng)向量采集編程和測(cè)試激勵(lì)發(fā)送編程。需注意，6片DSP共用數(shù)據(jù)總線，必須對(duì)6片DSP的DAT0-DAT7引腳采取同樣操作，以免總線信號(hào)發(fā)生沖突。

3.3 測(cè)試驗(yàn)證

1)邊界掃描鏈路測(cè)試

鏈路測(cè)試正常是進(jìn)行其他邊界掃描測(cè)試的基礎(chǔ)，所以必須進(jìn)行邊界掃描的鏈路測(cè)試。正確連接被測(cè)板JTAG口，用ScanWorks導(dǎo)入相關(guān)BSDL文件，建立邊界掃描鏈，并執(zhí)行鏈路測(cè)試操作。測(cè)試通過，鏈路工作正常。

2)功能測(cè)試

根據(jù)D33的工作狀態(tài)可以確定，只要全"0"和全"1"兩組激勵(lì)信號(hào)就足夠檢測(cè)器件A與B通信功能。

a)驗(yàn)證第1種情況：即SN54LS245的工作狀態(tài)應(yīng)為B到A，則控制引腳DIR應(yīng)為低，所以D36A的BS信號(hào)和H_DIR信號(hào)應(yīng)為低。

由TestVee導(dǎo)入連接器與被測(cè)器件互連關(guān)系的網(wǎng)表，并為信號(hào)BS、H_DIR、HSDAT0-7分配相應(yīng)的I／O通道，然后編輯各通道信號(hào)，信號(hào)BS和H_DIR送入"0"，HSDAT0-7送人激勵(lì)信號(hào)，通過數(shù)字I／O模塊產(chǎn)生測(cè)試激勵(lì)向量，周期地送入被測(cè)器件B端。由Scan-Works建立Macro測(cè)試，加載響應(yīng)向量采集程序并編譯執(zhí)行，采集DAT0-7端響應(yīng)信號(hào)。D33器件封裝形式是DIP(雙列直插封裝)，引腳信號(hào)能夠使用示波器的探筆進(jìn)行測(cè)量(表1中M1和表2中M2為示波器測(cè)量值)。實(shí)驗(yàn)情況見表1。

結(jié)果分析如下：當(dāng)HSDAT0-7送入全"1"時(shí)響應(yīng)信號(hào)與預(yù)期響應(yīng)不一致，說明D33的B到A功能可能存在故障；采集響應(yīng)與輸出測(cè)量值一致，表明采集程序沒有問題。這表明本文采用的方法可以檢測(cè)D33的B到A的功能故障。

b)驗(yàn)證第2種情況：即SN54LS245的工作狀態(tài)應(yīng)為A到B，所以控制引腳DIR為高，則D36A的BS信號(hào)為低和H_DIR信號(hào)應(yīng)為高。

由ScanWorks建立Macro測(cè)試，加載測(cè)試激勵(lì)輸出程序并編譯執(zhí)行，D33所產(chǎn)生的響應(yīng)向量由數(shù)字I／O模塊捕獲，由TestVee讀出I／O通道中的響應(yīng)信號(hào)。實(shí)驗(yàn)情況見表2。

結(jié)果分析如下：當(dāng)DAT0-7送入全"1"時(shí)響應(yīng)信號(hào)與預(yù)期響應(yīng)不一致，說明D33的A到B功能可能存在故障；采集響應(yīng)與輸入測(cè)量值不一致，可以確認(rèn)的D33的A、B兩端數(shù)據(jù)不一致，A到B功能存在故障問題。雖然激勵(lì)向量與輸入測(cè)量值不一致，但不能確認(rèn)測(cè)試程序是否完成實(shí)際功能。對(duì)測(cè)試激勵(lì)輸出程序進(jìn)行補(bǔ)償驗(yàn)證，以被測(cè)板中與D33相鄰、型號(hào)相同、連接狀況相同、只有網(wǎng)絡(luò)名不同的D34為測(cè)試對(duì)象進(jìn)行A到B的功能測(cè)試，驗(yàn)證結(jié)果表明D34的A到B功能正常，說明測(cè)試激勵(lì)輸出程序沒有問題。這表明本文采用的方法可以檢測(cè)D33的A到B的功能故障。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過測(cè)試驗(yàn)證表明，應(yīng)用邊界掃描技術(shù)的功能測(cè)試方法，能夠解決帶DSP芯片數(shù)字電路板中部分非邊界掃描器件的功能測(cè)試難題。這種方法可以有效地進(jìn)行故障檢測(cè)，將故障隔離到芯片。由于是利用DSP芯片的邊界掃描功能，所以這種方法可以擴(kuò)展到形成邊界掃描鏈的數(shù)字電路板，應(yīng)用邊界掃描技術(shù)進(jìn)行功能測(cè)試還有很大的發(fā)展空間。