探讨基于JTAG技术的嵌入式系统测试的各个阶段

引言

IEEE 1149.1边界扫描测试标准(通常称为JTAG、1149.1或dot 1)是一种用来进行复杂IC与电路板上的特性测试的工业标准方法，大多数复杂电子系统都以这种或那种方式用到了IEEE1149.1(JTAG)标准。为了更好地理解这种方法，本文将探讨在不同年代的系统开发与设计中是如何使用JTAG的，通过借助过去有关JTAG接入的经验或投入，推动设计向新一代发展。

大多数复杂电子系统都以这种或那种方式用到了IEEE1149.1(JTAG)标准。如果系统采用的是复杂FPGA或CPLD，那么几乎可 以肯定这些硬件是通过JTAG端口设置的。如果系统利用仿真工具来调试硬件或软件，那么仿真工具也很可能是通过JTAG端口与微处理器对话。而且，如果系 统中采用了球栅阵列(BGA)封装的IC，那么JTAG也是测试BGA器件与底层印制电路板之间连接的最有效方法。

支持EEE 1149.1边界扫描测试标准的IC与电路板都具备一个支持JTAG测试的4线串行总线(第5条线为可选的复位线)-TDI(测试数据输入)、TDO(测 试数据输出)、TMS(测试模式选择)与TCK(测试时钟)。该总线主要支持对焊点、电路板过孔、短路和开路等连接进行结构测试。此外，许多CPLD和 FPGA制造商也将JTAG作为其器件在系统编程与配置的标准方法。JTAG不但支持结构(互连)测试，如今还是一种用于在系统级实现配置、编程以及混合 信号测试的标准方法。

但大多数设计团队都在新设计中对JTAG的应用更倾向于不一步到位，而是以一种更易掌控的方式慢慢转为全面利用JTAG接口。有些团队规则(discipline)中广泛利用了JTAG接口，有些则只利用了其中很有限的一部分。但每种规则都根据其自身的需要调整JTAG。在各种规则的共同 作用下，发展出了几代不同的JTAG应用，每一代JTAG应用都有各自的特点，具有某种增强功能。

图1：第二代JTAG应用：利用JTAG多支路复用器简化对多个JTAG链的接入。

由于存在各种各样的JTAG接入要求，所以开发团队必需采用一种跨规则的JTAG接入策略以最大程度地发挥JTAG接入的功能。这种策略对 于实现一种标准方法非常必要，这种标准方法可以复用，并且下一代产品可以基于其构建。为了更好地理解这种方法，我们将探讨在不同年代的系统开发与设计中是 如何使用JTAG的，目的是通过借助过去有关JTAG接入的经验或投入，推动设计向新一代发展。

JTAG应用的各个阶段

在JTAG应用的第一阶段，只用到了某些有关电路板的特性和功能，有关该方法的整理和标准化工作却做得很少。

这是一种最简单的方法，几乎甚至完全不需要进行任何软件工具投资，通常使用IC厂商提供的免费工具即可。该阶段的JTAG通常不具备或者只 具备很有限的诊断功能，也没有可用于生成测试或编程的矢量的软件。这时的JTAG接入只在生产时用于配置CPLD或对闪存编程。稍复杂一些的板卡也可以用 它来做测试。

然而，这并不是成本最低的方法。因为每种规则都有可能会为其自身的需要用一个单独的JTAG接头(header)，于是一块电路板上就得 用多个JTAG接头，从而增加了成本，也占用了电路板空间。而且，每种规则可能都会开发它们自己的“自制”软件工具和硬件，以实现与JTAG特性的交互， 而这些软件工具和硬件对其他规则(discipline)而言却是多余的。所以，采用这种方法开发的产品受其定制开发的影响，很难转移到新一代的产品中 去。如果在生产中采用，这种方法也会增加成本，因为它需要进行多次插入。

许多开发团队都被这一代JTAG应用绑住了手脚。最终，当系统复杂性持续增大时，要保持产品的竞争力，就必需采用一种JTAG接入策略。

第二代JTAG应用

在第二代JTAG应用中， 不同的开发团队规则对在新板卡设计上采用JTAG功能进行管理。该阶段的JTAG应用需要一定程度的ATPG(自动测试程序生成)软件工具(这类软件工具 具有稳健的诊断功能)投资，用于对编程和测试矢量的开发和传送进行管理。这类ATPG工具的供应商提供从简单的针对每一任务的矢量生成的支持与咨询服务， 也提供生产用的多任务(multi-seat)全套软件支持。

在每块电路板上添加一个策略性IC器件-JTAG复用器件，目的是去除电路板上的多个1149.1接头并管理多个JTAG通路。这个JTAG复用器件所占用的电路板空间通常比一个JTAG接头还小，但却简化了元件的隔离，也简化了提高接入效率所需扫描路径的组织。

例如，开发人员可能会希望将不同厂商的FPGA隔离在不同的扫描链中，以便简化利用每个厂商提供的工具接入JTAG的过程。另外，我们可能 还希望将微处理器放在一个单独的扫描链中，从而在仿真工具调试软件或在闪存写程序时，最大程度提高微处理器的运行速度。ATPG厂商对这些器件都提供了很 好的支持，因此软件支持通常很简单，直接提供交钥匙的方案。