梁曉芬

（國(guó)營(yíng)蕪湖機(jī)械廠，安徽 蕪湖 241007）

隨著技術(shù)的發(fā)展，新裝備中大規(guī)模集成電路的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，大批以CPU、CPLD、DSP、FPGA 等作為核心器件的電路單元的使用，使電路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋸?fù)雜、元器件引腳密集。采用傳統(tǒng)的設(shè)備測(cè)試方法已經(jīng)難以滿足測(cè)試需求。另一方面，邊界掃描測(cè)試（JTAG 測(cè)試）的功能逐漸強(qiáng)大和完善，從而在更多的領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛地應(yīng)用，并已成為國(guó)際上通用的電路板測(cè)試方法。

本文對(duì)邊界掃描控制器及軟件、被測(cè)板進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，以被測(cè)板（UUT）為例簡(jiǎn)要介紹了其測(cè)試方案和測(cè)試方法。

1 邊界掃描控制器及被測(cè)電路板概述

1.1 邊界掃描控制器及其軟件簡(jiǎn)介

本項(xiàng)目中選擇美國(guó)ASSET 公司的ScanWorks 邊界掃描控制器。該控制器完全支持相關(guān)IEEE 標(biāo)準(zhǔn)，功能強(qiáng)大，在電子測(cè)試領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用非常廣泛。

ScanWorks 測(cè)試系統(tǒng)包括軟件和硬件兩部分。軟件圖片如圖1 所示。

圖1 ScanWorks 邊界掃描測(cè)試環(huán)境

1.1.1 邊界掃描控制器硬件功能

邊界掃描控制器硬件將程序中的測(cè)試數(shù)據(jù)串（脈沖序列代碼）轉(zhuǎn)換成實(shí)際的脈沖序列，輸出給待測(cè)電路板，并且接收測(cè)試數(shù)據(jù)回到測(cè)試系統(tǒng)中，從而實(shí)施測(cè)試。

ScanWorks 測(cè)試系統(tǒng)硬件基本包括：

（1）1 臺(tái)PC，Windows XP、2000 or NT 的操作系統(tǒng)；

（2）卡式JTAG 控制器（PCI-400 PCI card）；

（3）接口適配盒；

（4）電纜。

1.1.2 邊界掃描控制器軟件功能

ScanWorks 測(cè)試系統(tǒng)軟件主要實(shí)現(xiàn)2 個(gè)功能：

（1）根據(jù)網(wǎng)絡(luò)表和JTAG 芯片的BSDL 文件，產(chǎn)生包含所需要的測(cè)試數(shù)據(jù)串（脈沖序列代碼）的測(cè)試程序；

（2）生成存儲(chǔ)器和可編程器件在線燒錄數(shù)據(jù)。

ScanWorks 測(cè)試系統(tǒng)軟件基本功能包括：

（1）生成測(cè)試系統(tǒng)覆蓋率報(bào)告；

（2）測(cè)試錯(cuò)誤的分析診斷（管腳級(jí)）及圖形顯示；

（3）程序調(diào)試；

（4）執(zhí)行存儲(chǔ)器測(cè)試；

（5）可編程器件程序燒錄。

1.1.3 邊界掃描控制器及軟件開發(fā)流程

ScanWorks 測(cè)試系統(tǒng)軟件開發(fā)電路板測(cè)試診斷TPS 的流程如下：

（1）輸入電路板網(wǎng)表；

（2）輸入相關(guān)邊界掃描器件的BSDL 文件；

（3）設(shè)置掃描鏈；

（4）生成鏈路測(cè)試序列；

（5）生成互聯(lián)測(cè)試序列；

（6）生成存儲(chǔ)器、Flash 等器件的測(cè)試序列；

（7）測(cè)試執(zhí)行并生成測(cè)試報(bào)表。

1.2 被測(cè)電路板（UUT）簡(jiǎn)介

被測(cè)電路板（以下簡(jiǎn)稱UUT 模塊）主要進(jìn)行鏈路通信協(xié)議管理、ID 地址匹配、信息分類、流量控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多路參數(shù)等回傳信息的控制。嵌入式計(jì)算機(jī)CPU 模塊是該UUT 模塊的核心。

該UUT 模塊主要包含2 個(gè)邊掃器件，1 個(gè)為微控制器PowerPC603R，具體型號(hào)為MPC603RRX200LC，主頻160 MHz；另一個(gè)為APA300（D10）FPGA 芯片，主要硬件資源如下。

（1）處理器：PowerPC603R，主頻160 MHz。

（2）FPGA：APA300，與處理器配合完成通信控制。

（3）存儲(chǔ)器：32 MB SDRAM 讀寫零等待，64 MB Flash 存儲(chǔ)器。

（4）雙口RAM：16 KB，用于模塊數(shù)據(jù)交換。

（5）看門狗：看門狗定時(shí)為1.6 s。

（6）定時(shí)器：3 個(gè)獨(dú)立的可編程定時(shí)器，最小精度為10 μs。

（7）中斷處理機(jī)：總線中斷和局部中斷。

（8）串行接口：4 路RS422，2 路RS232。

（9）設(shè)備內(nèi)總線接口電路：實(shí)現(xiàn)自定義總線接口。

（10）調(diào)試狀態(tài)接口：提供COP 接口，提供運(yùn)行、調(diào)試和程序固化狀態(tài)選擇接口。

2 UUT 模塊測(cè)試方案

（1）對(duì)電路板中的所有邊掃鏈路完成鏈路測(cè)試，UUT 模塊共包括2 條邊掃鏈路，微控制器MPC603（D1）組成邊掃鏈路1（圖2），F(xiàn)PGA APA300（D10）組成邊掃鏈路2（圖3）。

圖2 邊掃鏈路1 測(cè)試圖

圖3 邊掃鏈路2 測(cè)試圖

（2）對(duì)電路板中邊掃器件和邊掃器件之間或者邊掃器件和非邊掃器件有連接關(guān)系的，完成互聯(lián)測(cè)試如圖4 所示。

圖4 MPC603 和APA300 互聯(lián)測(cè)試示意圖

（3）完成電路板中所有Memory 測(cè)試，能準(zhǔn)確地測(cè)試出數(shù)據(jù)線、地址線和控制線的短路或斷路故障，UUT模塊Memory 測(cè)試具體包括SRAM 芯片、PROM 芯片測(cè)試。SRAM 測(cè)試示意圖如圖5 所示。

圖5 SRAM 測(cè)試示意圖

（4）完成電路板中所有Flash 測(cè)試，能準(zhǔn)確地測(cè)試出數(shù)據(jù)線、地址線和控制線的短路或斷路故障，要求能讀取Flash 中的數(shù)據(jù)，并存放到指定的文件中。

（5）完成電路板中所有數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器電路的測(cè)試，如圖6 所示。

圖6 單向驅(qū)動(dòng)器測(cè)試圖

（6）編寫邊掃測(cè)試程序，完成UUT 模塊電路中RS232 通信電路和RS422/RS485 通信電路的測(cè)試，能檢測(cè)出電路故障，定位出故障芯片。

（7）編寫邊掃測(cè)試程序，完成UUT 模塊電路中定時(shí)器電路的測(cè)試，能檢測(cè)出電路故障芯片。

3 測(cè)試前準(zhǔn)備

3.1 測(cè)試所需硬件資源

測(cè)試所需硬件資源包括供電電源DC+5V，1 路；ScanWorks 邊掃控制器，1 個(gè)；ScanWorks 邊掃軟件，1個(gè)；DLP 模塊適配板，1 塊；邊掃控制器配套線纜，4 條；DLP 板連接邊掃的線纜，2 條。

3.2 網(wǎng)表轉(zhuǎn)換

將Protel 格式的網(wǎng)表轉(zhuǎn)換成ScanWorks 測(cè)試需要的Allegro 格式的網(wǎng)表。使用網(wǎng)表轉(zhuǎn)換軟件OMNINET For Windows（如圖7 所示），需要注意的是Protel 或者Altium 原理圖中如果有用Port 連接的網(wǎng)絡(luò)，需要改成Net Label，否則使用邊掃測(cè)試時(shí)會(huì)認(rèn)為該點(diǎn)沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)連接。

圖7 網(wǎng)表轉(zhuǎn)換

3.3 邊掃器件的BSDL 文件

從官網(wǎng)查找所需測(cè)試邊掃器件的BSDL 模型文件，本項(xiàng)目中需要用到的模型文件分別為D1（MPC603R.bsd），D10（APA300_BGA 456.bsd）及適配板中的D1（07128SQ100.bsd）文件。

4 測(cè)試開發(fā)

4.1 新建工程和設(shè)計(jì)

創(chuàng)建一個(gè)工程文件和設(shè)計(jì)文件，單擊菜單欄“project”→“new”，進(jìn)行工程創(chuàng)建。

4.2 定義一個(gè)掃描鏈

將BSDL 模型文件添加到“scan path files”，并設(shè)置掃描鏈路創(chuàng)建掃描鏈路上的器件和順序。

4.3 導(dǎo)入網(wǎng)表，導(dǎo)入模型

在“define a netlist”界面，導(dǎo)入網(wǎng)表格式為Allegro，模網(wǎng)表與模型導(dǎo)入完成。

4.4 掃描鏈路完整性測(cè)試

掃描鏈路測(cè)試可以檢測(cè)邊掃框架的物理故障，比如測(cè)試總線、tap 控制器等；同時(shí)還可以驗(yàn)證工程建立之初所描述的掃描鏈路順序是否正確。ScanWorks 自動(dòng)產(chǎn)生鏈路測(cè)試集，來(lái)報(bào)告故障位置。

4.5 互聯(lián)測(cè)試

互聯(lián)測(cè)試允許測(cè)試邊掃器件互聯(lián)或者邊掃器件與非邊掃器件的互聯(lián)?；ヂ?lián)測(cè)試可以檢測(cè)開路、短路、固高固低或者橋接故障。

4.6 Flash 測(cè)試

雙擊“creat an action”下的“Flash”，在彈出的“select target”中可以定義板子上的Flash 設(shè)備；匹配板子上的Flash 器件。

4.7 串口通信相關(guān)測(cè)試

利用被測(cè)板DLP 的D10 和適配板的UX2 可以完成對(duì)被測(cè)板串口通信相關(guān)的芯片D13～D21、D23、D27～D30、D33、D35A 進(jìn)行測(cè)試，該部分測(cè)試主要通過(guò)D10、UX2 的數(shù)據(jù)收發(fā)來(lái)控制串口接口芯片XR88C681（即D13、D15～D18）來(lái)實(shí)現(xiàn)。測(cè)試時(shí)，通過(guò)D10 的P24、A19 引腳置高，使D11、D37A 數(shù)據(jù)輸出端高阻，避免影響 DLP_XR88C681 的并行數(shù)據(jù) D0～D7。針對(duì)XR88C681 的測(cè)試主要分為3 個(gè)部分。

并行數(shù)據(jù)與控制端測(cè)試：通過(guò)寫入并讀出串口接口芯片XR88C681 模式寄存器MR1A、MR2A，實(shí)現(xiàn)對(duì)寄存器地址引腳A3～A0、并行數(shù)據(jù)引腳D7～D0、讀引腳RD、寫引腳WR、片選CS 引腳以及復(fù)位引腳RESET 的測(cè)試。

A、B 兩通道收發(fā)測(cè)試：通過(guò)往串口接口芯片XR88C681 的模式寄存器MR2A、MR2B 的高兩位寫入11，使其工作在遠(yuǎn)程循環(huán)模式，進(jìn)而通過(guò)UX2 的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收實(shí)現(xiàn)對(duì)TXDA、RXDA、TXDB、RXDB 的測(cè)試。

輸出端口OP 測(cè)試：通過(guò)往串口接口芯片XR88C681的OP 端口的設(shè)置寄存器SOPBC、COPBC 寫入數(shù)據(jù)來(lái)控制OP 引腳輸出高低電平，進(jìn)而通過(guò)UX2 的數(shù)據(jù)采集來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)OP 引腳的測(cè)試。

5 結(jié)論

本文介紹的基于ScanWorks 邊界掃描軟件的電路板測(cè)試方法通過(guò)在軟件平臺(tái)中調(diào)用ScanWorks 相關(guān)驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)ScanWorks 軟件生成的測(cè)試序列或測(cè)試項(xiàng)目的配置和調(diào)用執(zhí)行，并可將測(cè)試執(zhí)行的結(jié)果以對(duì)話框的形式返回到執(zhí)行界面，測(cè)試系統(tǒng)接收測(cè)試數(shù)據(jù)顯示到報(bào)表中，從而實(shí)現(xiàn)邊掃軟件與軟件平臺(tái)的融合。本文主要應(yīng)用ASSET 公司的測(cè)試開發(fā)平臺(tái)ScanWorks，搭建邊界掃描測(cè)試系統(tǒng)，并開發(fā)邊界掃描測(cè)試程序，對(duì)被測(cè)電路板進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證。圖8 為板件測(cè)試報(bào)告。

圖8 DLP 板測(cè)試TP 報(bào)表