Введение
Граничное сканирование — это метод тестирования межсоединений (проводников) на печатных платах или подблоках внутри интегральной схемы. Граничное сканирование также широко используется как метод отладки для наблюдения за состояниями выводов интегральной схемы, измерения напряжения или анализа подблоков внутри интегральной схемы. Группа разработки средств тестирования (JTAG) разработала спецификацию для тестирования граничного сканирования, которая была стандартизирована в 1990 году как IEEE Std. 1149.1 1990. В 1994 году было добавлено дополнение, содержащее описание языка описания граничного сканирования (BSDL), описывающего логическое содержание граничного сканирования устройств, соответствующих стандарту IEEE Std 1149.1. С тех пор этот стандарт был принят компаниями-производителями электронных устройств по всему миру. В настоящее время граничное сканирование в основном является синонимом JTAG.
Испытания
Архитектура граничного сканирования предоставляет возможность тестирования соединений (включая группы логических элементов, память и т.д.) без использования физических тестовых щупов. Это достигается путем добавления как минимум одной тестовой ячейки, подключенной к каждому выводу устройства, которая может выборочно изменять функциональное назначение этого вывода. Каждая тестовая ячейка может быть запрограммирована через сканирующую цепочку JTAG для подачи сигнала на вывод и, следовательно, по отдельной дорожке на плате. Затем можно считать ячейку в точке назначения дорожки платы, чтобы убедиться, что дорожка платы правильно соединяет два вывода. Если дорожка закорочена на другой сигнал или если дорожка оборвана, то правильное значение сигнала не будет отображаться на конечном выводе, что указывает на неисправность.
Инфраструктура на чипе
Для обеспечения возможности граничного сканирования производители ИС добавляют дополнительную логику к каждому из своих устройств, включая ячейки сканирования для каждого внешнего вывода. Эти ячейки затем соединяются друг с другом, формируя внешний регистр сдвига сканирования границы (BSR), и работают в связке с поддержкой контроллера JTAG Test Access Port (TAP), включающей четыре (или иногда больше) дополнительных контактов и управляющую схему. Некоторые контроллеры TAP поддерживают цепочки сканирования между логическими блоками на кристалле, с инструкциями JTAG, которые оперируют этими внутренними цепочками сканирования вместо BSR. Это позволяет тестировать эти встроенные компоненты так, как если бы они были отдельными микросхемами на плате. Встроенные средства отладки активно используют такие внутренние цепочки сканирования. Эти разработки являются частью большинства библиотек Verilog или VHDL. Затраты на эту дополнительную логику минимальны и, как правило, оправдывают себя, обеспечивая эффективное тестирование на уровне платы. В нормальном режиме работы добавленные ячейки защелкивания граничного сканирования настроены таким образом, чтобы не влиять на работу схемы и, следовательно, быть невидимыми. Однако, при переходе схемы в тестовый режим, эти защелки позволяют последовательно сдвигать поток данных от одной ячейки к другой. После того, как полное слово данных сдвинуто в тестируемую схему, оно может быть зафиксировано для управления внешними сигналами. Сдвиг слова также обычно возвращает значения входных сигналов, сконфигурированных как входы.
Механизм испытания
Поскольку ячейки могут использоваться для принудительной загрузки данных на плату, они позволяют создавать тестовые условия. Соответствующие состояния затем могут быть возвращены в тестовую систему путем тактирования слова данных для последующего анализа. Используя эту технику, тестовая система может получить доступ к плате для проведения тестирования. Поскольку большинство современных плат очень плотно компонуются и имеют большое количество дорожек, тестовым системам крайне сложно физически получить доступ к нужным областям платы для ее тестирования. Граничное сканирование обеспечивает такой доступ без необходимости постоянного использования физических щупов. В современном проектировании микросхем и плат вопрос обеспечения тестируемости (Design For Test) является важной задачей, и одним из распространенных результатов проектирования является набор тестовых векторов граничного сканирования, поставляемых, например, в формате Serial Vector Format (SVF) или аналогичном формате обмена данными.
Очистка
Архитектура граничного сканирования также предоставляет функциональные возможности, которые помогают разработчикам и инженерам на этапах разработки встраиваемой системы. Порт тестирования доступа JTAG (TAP) может быть использован как низкоскоростной логический анализатор.
История
Джеймс Б. Ангелл из Стэнфордского университета предложил последовательное тестирование. IBM разработала схему сканирования с учетом уровня (LSSD).