邊界掃描測試的過程組成和仿真測試應用
當前，PCB是越來越復雜，不言而喻，想要獲得滿意的測試覆蓋范圍也更困難了。而且每種測試方法都有其固有的局限性。于是，測試工程師們不得不另辟蹊徑，將幾種技術組合起來以達到他們所要求的測試覆蓋范圍。這正是IEEE 1149.1邊界掃描（俗稱JTAG）和微處理器仿真測試所追求的。邊界掃描和處理器基仿真測試有各自的應用領域，每種技術都能達到某種程度的測試覆蓋范圍。然而將兩種技術無縫地組合在一起，就有可能達到更高的總測試覆蓋范圍，是任何一種單獨技術無法比擬的。若將傳統(tǒng)的JTAG結構性測試和處理器基功能仿真測試組合起來，提高了測試覆蓋范圍，從而可以簡化測試，簡化程度取決于所采用的其它測試方法，如電路內(nèi)測試（ICT）、自動光學檢查（AOT）、或飛行探針法。確實，即便工程上存在缺陷，如電路板上不合適的可測試性設計（DFT）性能等，也可以得到一定程度的彌補。
邊界掃描
符合IEEE1149.1邊界掃描標準的半導體器件，在器件四周有一組串行移位寄存器，邊界掃描這個術語因此得名。在邊界掃描芯片上，每個主輸入信號和主輸出信號都設置有一個稱為邊界掃描單元的多用途存儲單元（圖1）.

圖1 帶邊界掃描單元半導體器件的方框圖

在PCB設計上，將各個芯片的邊界掃描單元串接成并行輸入，并行輸出的移位寄存器。數(shù)據(jù)可在每個邊界掃描單元的輸入、輸出上捕獲，或串行地掃描通過整個單元鏈。這個鏈路稱為邊界掃描路徑，或簡稱為掃描路徑。
在器件級，邊界掃描路徑與路徑上連接的任何器件的功能完全沒有關系。邊界掃描測試的過程組成和仿真測試應用
邊界掃描測試由下列過程組成：
·激勵數(shù)據(jù)串行移入邊界掃描單元。
·將激勵數(shù)據(jù)并行加到電路。
·并行地捕獲電路產(chǎn)生的測試結果。
·沿著掃描路徑串行移出寄存器的數(shù)據(jù)并分析測試結果。
對PCB設計，可通過全程掃描路徑對器件的互連進行特殊的測試。測試過程為：首先使用測試數(shù)據(jù)輸入（TDI）移位輸入操作，將激勵值加載到相應的器件輸出掃描單元。其次，使用更新操作加入激勵數(shù)據(jù)。然后運行捕獲操作，在器件輸入單元捕獲響應數(shù)據(jù)。*后，調(diào)用測試數(shù)據(jù)輸出（TDO）移位輸出操作將響應值移出。這類JTAG測試能確認電路板結構的完整性。如果電路板設計者想從邊界掃描中獲得*大可能的利益，那么電路設計應反映出邊界掃描的特點。事實上，這些DFT的特性要**易懂易行，可以很容易設計在電路板上。
理想地，所有電路板上邊界掃描器件應連接在一條單一的掃描路徑上；雖然有時不得不安排幾條掃描路徑，這也是情有可原的。要是讓設計人員在非邊界掃描和實現(xiàn)了1149.1規(guī)范器件之間進行抉擇，選擇后者將增加JTAG能驗證的電路板上網(wǎng)格數(shù)量。此外，將邊界掃描信號緩沖設在電路板的測試訪問口（TAP）處，信號在該口進入和取出電路板，將有助于減輕電路板與連接至測試站的電纜之間的阻抗失配。這也能在進行測試時將電路板保持在**的狀態(tài)。
由于邊界掃描是一種數(shù)字技術，無法用來測試模擬或混合信號電路。目前正在研發(fā)能驗證混合信號的IEEE1149.1標準，但迄今為止，這個標準還未在器件中廣泛使用。因此，出現(xiàn)模擬或混合器件時，為了彌補JTAG數(shù)字性能的不足，應補充相應的測試技術，不然，測試覆蓋范圍就不完整。ICT、生產(chǎn)失效性分析（MDA）和功能測試與JTAG是相輔相成的。實施這些各具特色的方法，能增加模擬和混合電路的測試覆蓋范圍。
仿真測試
仿真測試始于上個世紀八十年代，是在總線基PCB上實現(xiàn)的。典型地，仿真器替代了電路上某個器件，并提供硬件輔助的軟件代碼糾錯。三種主要的仿真類型包括：處理器仿真、ROM仿真，以及BUS仿真。
使用處理器仿真，仿真器替代PCB插座上的處理器，然后對內(nèi)存和I/O進行充分的讀/寫訪問。ROM仿真則替代引導ROM，用診斷代碼替代處理器的正常引導代碼?？偩€仿真器連接至邊緣連接器的總線插槽，通過它實現(xiàn)板上讀/寫總線周期測試。
這些仿真技術經(jīng)歷了一段曲折的道路。它在上世紀八十年代和九十年代初大肆流行，但隨后又因處理器速度的增加和插座上ROM與處理器數(shù)量的減少而漸漸銷聲匿跡。近年來，由于各類微處理器都增強了糾錯能力以及設置了1149.1邊界掃描接口，仿真技術又出現(xiàn)了復蘇的跡象。此外，在眾多PCB上增設了邊界掃描，也為仿真技術提供了標準的接入方法。
片上仿真器的糾錯功能通常是通過處理器的1149.1TAP接口訪問的。TAP被仿真器使用時，由于有時還包括附加的2條或3條復位、電源和控制功能控制線，因而稱為擴展的JTAG(EJTAG)口。眾多廣泛使用的微處理器都設有片上JTAG接口，這些處理器包括Intel Pentium處理器系列；Intel XScale處理器;以及AMD Athlon。盡管各類處理器TAP的方法各不相同，但新的IEEE-ISTO5001標準已顯露出某種潛在的標準化趨勢。為了實現(xiàn)處理器基仿真測試，處理器設計人員已擴充了1149.1指令集，使其包含了供應商專用的指令，允許仿真器控制處理器芯核。測試應用利用處理器上JTAG接口來控制處理器，反過來，處理器又可與片上調(diào)試硬件功能互動。片上調(diào)試功能通常有：處理器停機、從內(nèi)存和I/O讀/寫、設置斷點、單步探索代碼以及實施代碼跟蹤。這些功能既可用于低級軟件調(diào)試，又可用于處理器能訪問的全部器件和總線的功能測試。
更理想的測試覆蓋范圍
邊界的掃描測試和處理器基仿真測試相輔相成，在一個系統(tǒng)內(nèi)將兩種技術組合在一起，極大地增加了待測PCB的測試覆蓋范圍。我們以一個處理器基的電路板（圖2）為例來說明如何用一個JTAG口來完成兩種測試技術。CPU設有1149.1邊界掃描接口。能實現(xiàn)邊界掃描測試的器件有PCI橋、存儲器控制ASIC、Ethernet控制器和I/O CPLD。測試數(shù)據(jù)由CAD自動生成的，診斷限于節(jié)點級，能識別開路和短路的正確位置。此外，也可以進行SDRAM和閃存的結構性缺陷測試。SDRAM、閃存、視頻控制器、VRAM和16通道A/D是CPU仿真測試范圍。測試手動或半自動。該測試是功能性的，主要識別失效的功能而不針對節(jié)點。

圖2 典型的微處理器基電路板方框圖

同一個邊界掃描口可用于兩種測試方法，使結構性測試與功能性測試之間的交換是無縫的。且從上面的論述可知，掃描測試和仿真測試是相輔相成的。例如存儲器件即可使用邊界掃描，也可使用處理器基仿真，但只有前者能驗證存儲器件之間的結構性互連。另一方面，仿真測試是按實際工作頻率全速進行的，且能驗證裝載的軟件版本，保證電路板是在自己的軟件引導下工作的?？傊?，使用組合方法就可優(yōu)化測試覆蓋范圍，縮短研發(fā)周期。
在一個系統(tǒng)中組合兩種測試技術，還能更廣泛應用在產(chǎn)品生存期的各個階段。過去，邊界掃描通常部署在產(chǎn)品的研發(fā)階段，用它來糾錯原型電路板，在組裝和生產(chǎn)階段來確定并診斷結構性缺陷。處理器仿真則廣泛地用作功能性測試，幫助現(xiàn)場維修人員糾錯并診斷有故障的微處理器板。具有兩種技術的組合測試平臺讓兩種測試技術用于過去無法使用的產(chǎn)品生存期的各個階段。例如，邊界掃描也可用于生產(chǎn)階段有故障電路板的維修，在追尋有問題系統(tǒng)的原因時，它也是仿真測試的輔助手段。
結語
由于電路板的多樣性，任何一種測試方法都很難提供滿意的測試覆蓋范圍。將互補的測試方法組合在一起，就有可能增加測試覆蓋范圍。然而隨之而來的問題是，哪些測試方法更有利于組合。選擇邊界掃描測試和處理器仿真測試是因為兩者都能使用JTAG接口。更重要的是，它們的功能是相輔相成的。邊界掃描驗證PCB的結構完整性；仿真測試能測試各類器件的電路板上功能塊的功能性。這樣，將兩種技術組合在一起，就能簡化整個PCB的測試過程，提高測試手段的生產(chǎn)效率。

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