基于JTAG的星型掃描接口的設(shè)計(jì)及其仿真

邊界掃描測(cè)試技術(shù)飛速發(fā)展，測(cè)試與調(diào)試功能不斷增強(qiáng)，硬件IP模塊向集成多個(gè)內(nèi)核方向發(fā)展，以往芯片中傳統(tǒng)的測(cè)試訪問(wèn)端口(TAP)中嵌入單一的測(cè)試訪問(wèn)端口控制器(TAPC)逐漸被系統(tǒng)芯片中嵌入多個(gè)TAPC所取代。為使單芯片中集成多TAPC的操作規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化，2009年提出的新的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)IEEE 1149.7。為解決系統(tǒng)集成復(fù)雜度越來(lái)越高所帶來(lái)的測(cè)試調(diào)試任務(wù)困難，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了一種支持星型掃描功能的IEEE 1149.7測(cè)試訪問(wèn)端口(在本文中稱(chēng)為T(mén)AP.7接口)，其接口在原有的IEEE1149.1端口(JTAG)器件的基礎(chǔ)上提供新的功能與特征[1]。目前，大量的集成系統(tǒng)和芯片接口都為IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范測(cè)試訪問(wèn)端口(TAP.1接口)，既滿(mǎn)足復(fù)雜系統(tǒng)測(cè)試的需要，又避免了重復(fù)開(kāi)發(fā)所帶來(lái)的浪費(fèi)，最大化地重復(fù)利用目前已有的IEEE 1149.1 IP，基于原有JTAG器件的星型掃描技術(shù)的研究非常有應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)需求，本文針對(duì)支持星型掃描功能的接口進(jìn)行研究、設(shè)計(jì)及驗(yàn)證。

1 IEEE 1149.7標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

IEEE 1149.7標(biāo)準(zhǔn)以IEEE 1149.1-2001邊界掃描標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，保持與之兼容的同時(shí)還增加新特性以支持測(cè)試與調(diào)試的擴(kuò)展功能。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了新特性的IEEE 1149.7測(cè)試訪問(wèn)端口(在本文中稱(chēng)為T(mén)AP.7接口)結(jié)構(gòu)和控制時(shí)序邏輯，與IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范測(cè)試訪問(wèn)端口(TAP.1接口)所不同的是芯片中可嵌入多個(gè)測(cè)試存取端口控制器(TAPC)，并給它們劃分等級(jí)。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)范的TAPC等級(jí)由高到低包括：ADTAPC、CLTAPC和EMTAPC，它們?cè)诮涌谥谐纱瓦B接，且高等級(jí)的TAPC控制和管理低等級(jí)的TAPC。在功能特性方面：TAP.7接口定義了T0~T5 6個(gè)功能層次，每一層向上體現(xiàn)升級(jí)特性，向下體現(xiàn)兼容特性。T0層在啟動(dòng)時(shí)提供與TAP.1接口所規(guī)定的操作行為;T1層主要增加了電源控制功能;T2層增加了芯片級(jí)旁路功能，同時(shí)提供一種“熱連接保護(hù)”作用;T3層增加了支持4-線星型拓?fù)鋻呙璧臋C(jī)制;T4層提供了支持2-引腳連接方式的功能特性; T5層增加數(shù)據(jù)傳輸功能以及支持邊界掃描以外的其他功能。

2 基于JTAG的TAP.7接口的升級(jí)特性

IEEE 1149.7測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)定義了一種以IEEE 1149.1測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的調(diào)試及測(cè)試系統(tǒng)(DTS)與目標(biāo)系統(tǒng)(TS)之間的連接。此連接表現(xiàn)為：在IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范測(cè)試訪問(wèn)端口[2](在本文中簡(jiǎn)稱(chēng)TAP.1接口)上添加一個(gè)由IEEE 1149.7標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)控制邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)新的功能特性(在本文中稱(chēng)添加層為T(mén)AP.7控制器)。TAP.7控制器主要為IEEE 1149.7標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的測(cè)試調(diào)試信號(hào)與IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范IP的TAP.1接口提供兼容的測(cè)試調(diào)試接口(本文中簡(jiǎn)稱(chēng)TAP.7接口)，這樣可在原有TAP.1接口上對(duì)調(diào)試與測(cè)試新功能升級(jí)，其TAP.7接口升級(jí)特性的測(cè)試連接框圖如圖1所示。

如圖1所示，TAP.7接口升級(jí)層中TAP控制器為ADTAPC(在本文中簡(jiǎn)稱(chēng)為T(mén)APC)，主要完成對(duì)TAP.7信號(hào)的控制操作，從而實(shí)現(xiàn)新的升級(jí)功能特性，并將TAP.7信號(hào)的測(cè)試與調(diào)試邏輯解碼為符合TAP.1接口的時(shí)序信號(hào)，從而完成對(duì)IEEE 1149.1器件TAPC的控制。IEEE 1149.1 IP也可認(rèn)為是具有符合IEEE 1149.1測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試JTAG口的器件[3] (在本文中以后簡(jiǎn)稱(chēng)為STL)，其中包含的TAP控制器(在本文中統(tǒng)稱(chēng)為芯片級(jí)TAPC即CLTAPC)是完全符合IEEE 1149.1測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的TAP接口，主要完成器件的測(cè)試與調(diào)試邏輯的控制，從而完成相應(yīng)的測(cè)試與調(diào)試任務(wù)。

3 星型掃描技術(shù)接口的原理及設(shè)計(jì)

完整的TAP.7接口升級(jí)層包括RSU、APU、EPU。RSU(復(fù)位選擇單元)提供復(fù)位操作和TAP.7控制器選擇取消操作。EPU(擴(kuò)展協(xié)議單元)主要為T(mén)1-T3層 TAP.7接口提供了一個(gè)IEEE 1149.1 接口。APU為T(mén)4-T5層提供窄式(2-引腳)或?qū)捠?4-引腳)TAP.7接口，為高級(jí)協(xié)議操作提供硬件支撐。根據(jù)實(shí)際功能的設(shè)計(jì)需求，TAP.7控制器可以由RSU、EPU和APU 中的任意組合構(gòu)成，為T(mén)AP.7信號(hào)與STL的TAP.1接口之間提供了一座橋梁，且RSU、APU和EPU層并不影響STL掃描路徑的長(zhǎng)度。

3.1 星型掃描功能接口硬件設(shè)計(jì)

4-線星型掃描拓?fù)涔δ苁荰AP.7接口T0~T3層所定義的，組成星型拓?fù)涞募夹g(shù)分支是廣義的，可包括：TAP.7接口串型拓?fù)涞募夹g(shù)分支、4線星型拓?fù)涞募夹g(shù)分支、TAP.1接口的串型技術(shù)分支和其他的技術(shù)分支。本文主要是對(duì)前兩種技術(shù)分支共享DTS連接的掃描功能進(jìn)行研究。根據(jù)TAP.7功能擴(kuò)展性和硬件層次性，星型掃描功能的TAP.7接口硬件層主要包括：RUS和EPU單元。其硬件設(shè)計(jì)原理框圖如圖2所示。

圖2中，RSU單元層主要實(shí)現(xiàn)TAP.7控制器的在線或離線狀態(tài)的控制操作，可以將不必要進(jìn)行測(cè)試調(diào)試的控制器置于離線狀態(tài)，大大優(yōu)化了測(cè)試調(diào)試操作。在星型掃描拓?fù)浠蚨喾N掃描拓?fù)浼夹g(shù)分支共享DTS操作時(shí)， RSU單元提供了選擇不同技術(shù)分支和控制器的功能。EPU單元的功能是將TAP.7信號(hào)解碼成符合IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的TAP.1信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)CLTAPC的控制和完成STL的調(diào)試測(cè)試任務(wù)。

3.2 星型掃描技術(shù)接口設(shè)計(jì)原理

星型掃描的應(yīng)用，可以?xún)?yōu)化掃描鏈的長(zhǎng)度，它是并行的連接方式，因此在TAP可以靈活地添加或移出測(cè)試系統(tǒng)(比如：插卡式構(gòu)架)中，星型掃描拓?fù)涫呛苡行У?。支持星型掃描的TAP.7接口具備以下功能：(1)支持星型掃描拓?fù)渲械膶ぶ纺芰Α?2)JTAG接口中的TDO數(shù)據(jù)的驅(qū)動(dòng)沖突保護(hù)。(3)在多技術(shù)分支共享DTS的操作中，提供選擇不同技術(shù)分支的操作。下面對(duì)這些功能的原理進(jìn)行詳細(xì)介紹。

3.2.1 TAPC停泊狀態(tài)

TAPC等級(jí)制度中存在一個(gè)稱(chēng)為“parking”(停泊)的TAPC 狀態(tài)，當(dāng)某一等級(jí)TAPC的狀態(tài)處于停泊時(shí)，其高等級(jí)TAPC可操作，而該等級(jí)以及低等級(jí)TAPC不能操作，它的狀態(tài)不隨高等級(jí)TAPC的操作同步改變。某一等級(jí)TAPC控制的掃描鏈不作用時(shí)，TAPC的狀態(tài)就可以停泊。選擇與取消用來(lái)描述在任何等級(jí)中TAPC的掃描與停泊狀態(tài)。支持星型掃描功能的TAP.7接口有TAP.7控制器的ADTAPC和STL的CLTAPC兩個(gè)TAPC等級(jí)，其ADTAPC可以在任何狀態(tài)下停泊，CLTAPC 狀態(tài)可停泊的狀態(tài)包括Test-Logic-Reset、Run-Test/Idle和Pause-XR狀態(tài)。本文中取消與選擇的設(shè)計(jì)，用門(mén)限時(shí)鐘信號(hào)來(lái)達(dá)到對(duì)ADTAPC與CLTAC的選擇與取消操作。