Лекция 11. Периферийное сканирование ПЛИС
Лекция 11. Периферийное сканирование ПЛИС фирмы Xilinx
Назначение. Под периферийном сканированием (ПС – от англ. Boundary Scan) понимается программно-аппаратный метод задания тестовых воздействий на входы проверяемого устройства и считывание сигналов с его выходов, предусматривающий использование специального регистра данных ПС, включаемого между входами/выходами проверяемого устройства и внешними выводами.
Метод ПС был специально разработан для обеспечения тестируемости БИС с использованием минимального количества дополнительных выводов корпуса МС. Данный метод позволяет реализовать следующие основные возможности:
· тестировать функциональные схемы самой МС (возможность контроля правильности выполнения команды),
· проверять межсоединения после монтажа МС на плату,
· считывать или управлять сигналами на выводах МС во время работы.
|
Рисунок 11.1 – Включение регистра данных ПС в микросхему | Одним из самых перспективных методов оценки физического и логического состояния МС является метод ПС, который регламентирован стандартом IEEE Std. 1149.1 [2]. Стандарт разработан объединённой группой по тестам (Joint Test Action Group – JTAG). Приведём лишь минимальные сведения из стандарта IEEE Std. 1149.1, необходимые для понимания метода ПС. |
Рекомендуемые материалы
Предложения JTAG по организации ПС. Упрощённая схема включения регистра данных ПС в МС показана на рисунке 11.1.
Регистр данных ПС представляет собой сдвиговый регистр, способный также кроме сдвига выполнять ещё две дополнительные функции:
· параллельную загрузку (захват – от англ. Capture) данных во все разряды;
· защёлкивание (обновление – от англ. Update) текущего содержимого регистра сдвига на параллельных выходах, так что после этого защёлкивания сигналы на параллельных выходах не меняются при последующем выполнении сдвига.
В неактивном состоянии регистр данных ПС не влияет на функционирование основных схем кристалла, т.е. свободно пропускает входные и выходные сигналы МС. Упрощённая схема одного разряда регистра данных ПС приведена на рисунке 11.2.
Стандарт JTAG предусматривает, что на выводе МС, выполняющем функции ВХОД или ВЫХОД, должен быть один разряд регистра данных ПС;
|
Рисунок 11.2 – Схема ячейки регистра ПС | на выходах с тремя состояниями – по два разряда (один на информационном входе выходного буфера, а второй на входе управления третьем состоянием). На двунаправленном же выводе МС с тремя состояниями (как в большинстве БВВ ПЛИС) должно быть по три разряда регистра данных (на входе, выходе и в цепи управления третьим состоянием), что и показано на рисунке 11.1 |
Порт тестирования (ПТ – от англ. TAP – Test Access Port) представляет собой четыре или пять выделенных (т.е. неиспользуемых в других целях) выводов МС, через которые производится реализация метода ПС. Эти выводы имеют следующие наименования и функции:
· TCK (Test Clock Input) – синхронизация передачи данных и команд;
· TMS (Test Mode Select) – выбор режима тестирования (считывается на переднем фронте ТСК);
· TDI (Test Data Input) – вход данных и команд (считывается на переднем фронте ТСК);
· TDO (Test Data Output) – выходные данные (изменение данных по заднему фронту ТСК);
· ~TRST (Test ReSet) – инициализация ПТ (знак «~» означает, что активным является низкий уровень). Сигнал ~TRST является необязательным для организации ПС, так как инициализация может осуществляться подачей специальной последовательности сигналов на вход TMS.
Периферийное сканирование выполняется в следующей последовательности:
· загрузка кода команды;
· загрузка данных (выборочно);
· исполнение команды;
· считывание результата.
Второй и четвёртый шаги могут производиться одновременно.
Если на печатной плате установлено несколько МС с ПС, то, объединив ПТ этих микросхем, можно;
· загрузить данные в выходные ячейки одной МС и считать их из входных ячеек другой МС (проверить межсоединения);
· изолировать выводы МС на время проведения внутреннего теста от остальных МС (проверить её функционирование).
При этом для тестирования всей платы будут использоваться всего 4…5 тех же сигналов ПТ.
Структурная схема аппаратуры ПС показана на рисунке 11.3. Аппарат для реализации метода ПС должен включать в себя:
|
Рисунок 11.3 – Структурная схема ПС | · порт тестирования (пять выводов: TDI, ~TRST, TMS, TCK, TDO); · устройство управления ПС (TAP Controller); · регистр команд IR (Instruction Registers) и дешифратор команд; · группу регистров данных DR (Data Registers). Регистр команд и регистры данных должны быть отдельными сдвиговыми регистрами, соединёнными параллельно, и имеющие общие последователь- |
ные вход TDI и выход TDO. Выбор между этими регистрами для записи или считывания должен осуществляться устройством управления ПС, которое принимает тактовые сигналы ТСК и интерпретирует команды на входе TMS, синхронизируя и управляя работой регистров команд и данных и другими схемами ПС.
Регистр команд и дешифратор используются для выбора типа теста или регистров данных, подключаемых через мультиплексор к выходу TDO. Группа регистров данных должна включать одноразрядный регистр обхода (BYPASS-регистр) и собственно регистр данных периферийного сканирования RD (Boundary Scan Data Register), а также может содержать регистр идентификации и др.
Вопросы для проверки усвоения материала
1. Назначение периферийного сканирования ПЛИС.
2. Предложения JTAG по организации периферийного сканирования.
Люди также интересуются этой лекцией: 3.4. Мостиковые схемы.
3. Схема ячейки регистра периферийного сканирования.
4. Порт тестирования для периферийного сканирования.
5. Структурная схема аппаратуры периферийного сканирования.
Литература
1. Мальцев П.П., Гарбузов Н.И., Шарапов А.П., Кнышев Д.А. Программируемые логические ИМС на КМОП-структурах и их применение.1998. –М.: Энергоатомиздат, -159 с. (127-134 с.).
2. Test Access Port and Boundary-Scan Architecture// IEEE Standard 1149.1 – 1990 (Includes IEEE Standard 1149.1a – 1993).
