DOI:10.19652/j.cnki.femt.2013.05.011 2013 年 5 月 第 32 卷 第 5 卷 理论与方法 基于IEEE1149. 7 的 TAP 控制器命令研究 江坤 高俊强 (桂林电子科技大学 电子工程与自动化学院 摘 桂林 541004) 要:随着待测芯片的集成度越来越高, IEEE1149. 1 标准已很难满足芯片设计对测试与调试的要求。IEEE1149. 7标准在 保持与 IEEE1149. 1 兼容的基础上增加了新功能,提供了一种全新的 双 引 脚 测 试 与 调 试 方 法 。 目 前 对 IEEE1149. 7的研究处 于起步阶段,所以研究支持其的控制器命令对今后的发展具有重要的意义。本 文 在 深 入 研 究 IEEE1149. 7 标 准 的 基 础 上,利 用 Qua r t usI I开发平台设计了基于 TAP 控制器命令的测试控制器,并 进 行 了 仿 真 验 证。 结 果 表 明 产 生 的 命 令 测 试 信 号 符 合 IEEE1149. 7 标准对 TAP 控制器命令的规定。 关键词: IEEE1149. 7 标准; TAP 控制器命令;边界扫描;测试控制器 中图分类号:TN407 文献标识码:A 国家标准学科分类代码:510. 60 Command so fTAPc on t r o l l e rba s e donIEEE1149. 7 J i ang Kun GaoJunq i ang ( I ns t i t u t eo fEl e c t r on i cEng i ne e r i ngand Au t oma t i oni nGu i l i n Un i ve r s i t fEl e c t r on i cTe chno l ogy, Gu i l i n541004, Ch i na) yo Ab s t r a c t:Wi t ht hei nc r e a s i ngi n t eg r a t i ono ft e s tch i IEEE1149. 1ha sbe end i f f i cu l tt ome e tt her equ i r emen t so ft hech i p, p , t e s t i ngandde i nt s i i ng. Be i ngc ompa t i b l ewi t hIEEE1149. 1IEEE1149. 7p r ov i de sanewtwo-p e s tanddebugme t hods. gn 7i ss t i l li nt hei n i t i a ls t age, t os t udyi t sc ommandso fc on t r o l l e ri so fg i i f i c anc eont hef u t u r e Be c aus eIEEE1149. r e a ts gn fIEEE1149. 7. Th i spape sba s edont hede eps t udyo fIEEE1149. 7s t anda r d, t ode s i e s tc on t r o l l e r ri deve l opmen to gnat ba s edont l a t f o rm andpe r f o rm s hec ommandso fTAPc on t r o l l e rbyus i ng Qua r t us I Ip imu l a t i onve r i f i c a t i on. Ther e su l t showst ha tt het e s ts i lgene r a t edbyt hec on t r o l l e rc an me e tt her equ i r emen t so fIEEE1149. 7. gna : ; ; ; Ke w o r d s I E E E 1 1 4 9. 7 t h e c o mm a n d s o f T A P c o n t r o l l e r b o u n d a r s c a n t e s t c o n t r o l l e r y y 1 引 言 2 控制器命令的基本理论 [] 边界扫描技术( JTAG)1 被 广 泛 运 用 了 二 十 多 年 , 在集成电 路 的 可 测 性 设 计 重要作用 与故障诊断领域发挥着 [ 2-3] 。 但 随 着 芯 片 结 构 越 来 越 复 杂 ,测 试 数 据 [ 4] 量 越 来 越 大 ,测 试 速 度 与 测 试 时 间 均 成 为 测 试 中 的 严 重问题 [ 5] 。 [] [] 2009 年提出的IEEE1149. 76 标准以IEEE1149. 17 标准为基础,在保持与 之 兼 容 的 同 时 增 加 了 新 特 性,其 紧 凑型边界扫描技术( CJTAG)提 供 了 一 种 全 新 的 双 引 脚 测 试与调 试 方 法,将 TAP 的 引 脚 数 由 4 减 少 为 2。CJTAG 使设计人员能够轻松地测试与调试具有复杂数字电路、多 个 CPU 以及多个应用软 件 的 产 品,如 移 动 与 手 持 通 信 设 备等 [8]。目 前 已 经 研 发 出 支 持 IEEE1149. 1标准的测试 控制器及测试软件,但是对于支持IEEE1149. 7 标准的 测 试控制器的研究尚属于起步阶段 [9-10]。 在零位 DR 扫描( ZBS)的 基 础 上 实 现 控 制 器 命 令,用 于存取测试控制器的寄存器,从而确定测试控制器的操作 方式、工作状态及执行功能。 2. 1 ZBS ZBS 指 TAP 控制器不经过 Sh i f t-DR 直接进入 Ex i t 1- DR 状态的零 位 DR 扫 描,如 图 1 所 示。 控 制 器 从 Te s t- / Log i c-Re s e t 状 态 经 过 Run-Te s t I d l e、Se l e c t-DR-Sc an、 Cap t u r e-DR、 Ex i t 1-DR,进入 Upda t e-DR 状 态 为 一 次 完 整 的 ZBS。一旦控制器 进 入 Te s t-Log i c-Re s e t状 态,就 开 始 ZBS 的探测。每 探 测 到 一 次 ZBS,控 制 器 内 部 的 计 数 器 ZBS_ COUNT 就 会 加 1。当 控 制 器 进 行 包 含 Sh i f t-DR 状 态的 DR 扫描时,ZBS_ COUNT 计 数 器 就 被 锁 定,被 锁 定 的计数值表明控制器所处的控制级别:控制 级别 1 表示使 用系统测试逻辑;控制 级 别 2 表 示 产 生 控 制 器 命 令;控 制 收稿日期: 2013-03 中国科技核心期刊 国外电子测量技术 — 41 — 2013 年 5 月 第 32 卷 第 5 卷 理论与方法 级别 3 表示预留 功 能,供 扩 展 功 能 使 用;控 制 级 别 4 或 5 表示存取控制器的辅助扫描路径;控制级别 6 表 示强制 离 线控制器;控制级别 7 表示预留功能,供 DTS 使用。 描拓扑;私有命令,实现芯片定制的一些专用功能。 存储 命 令 均 为 two-pa STMC、 STC1、 r t 命 令,包 括: STC2、 STFMT、 STTPST 和 STTESTM。 选 择 命 令 均 为 命 令, 包 括:MSC、MCM。 扫 描 命 令 均 为 t r t two-pa hr e e- SCNS。枚 举 命 令 包 括 two-pa r t命令,包括 SCNB、 r t命 pa 。 命 令 的 私 有 命 令 均 为 令的 CIDD 和 t hr e e-pa r t CIDA two-pa r t命令,包括 EXC0-EXC3。 t hr e e-pa SCNB、 SCNS 和 CIDA。SC- r t命令 有 3 个: NB 命令的 CRSc an 提供了一种方式来访问由操作数指定 的寄存器。SCNS 命令的 CR 扫描提供了一种方式来 访问 由命令操作数指定的 EPU 串 行 路 径。CIDA 提 供 了 一 种 方式分配控制器的控制器地址。 2. 3 控制器寄存器 控制器命令可 以 存 取 控 制 器 的 寄 存 器, CJTAG 规 定 有全局和局部两种寄存器。全局寄存器指在共享 DTS 的 所有控制器中同步存储的寄存器,其名称相同,包括 ECL、 图 1 ZBS 状态 SUSPEND、ZBS INH、SCNFMT、SSDE、DLYC、TP- PREV、 TPST 和 RDYC 寄存器。 局 部 寄 存 器 指 通 过 控 制 假如控制器进入 Te s t-Log i c-Re s e t、 Sh i f t-IR 状态或寄 器命令被有条件存储 的 寄 存 器,存 储 条 件 为:在 串 行 扫 描 存器 SUSPEND、 ZBS INH 存储数值为逻辑1,强制 ZBS 无 拓扑中存储局部寄存 器 的 数 值 取 决 于 控 制 器 在 扫 描 链 中 效。在执行 ZBS 过 程 中,为 了 使 控 制 器 状 态 的 操 作 不 会 的位置;在星型扫描拓扑中存储局部寄存器的数值取决于 影响 到 系 统 测 试 逻 辑,首 先 加 载 指 令 BYPASS 或 ID- 这个 TAP 控 制 器 的 地 址,有 TOPOL、FRESET、TRE- SET、 PWRMODE、 APFC、 STCKDC、 CGM、 SGC、 SREDGE、CID、CIDI、RDBACK0、RDBACK1、CNFG0、 CODE 至控制器的指令寄存器中。 2. 2 控制器命令 假如控制器被锁定在控制级别 2,就产生控制器命令。 CNFG1、 CNFG2 和 CNFG3 寄存器。 控制器 命 令 有 two-p a r t和 t a r t两 种 类 型,一 条 two- h r e e-p 根据功 能 可 将 寄 存 器 分 为 5 类,控 制 型 寄 存 器,配 置 a r t命令由 CP1 产生的5 比特操作码和由 CP2 产生的5 比 p 特操作数构成。CP1 和 CP2 是 2 个连续 的 DR 扫 描,该 扫 和连接 CJTAG 的功能;选项型寄存 器,控制 CJTAG 的 可 选择功能;选 择 型 寄 存 器,选 择 CJTAG 的 扫 描 组 成 员 用 描在 Sh i f t-DR 状态自循环的次数产生操作码和操 作数,此 于扫描测试及执行条 件 命 令;枚 举 型 寄 存 器,分 配 或 取 消 过程中 TDI和 TDO 引脚不作用。控制器执行与 CP2 相关 控制器的 CID;只读型寄存器,读回寄存器数值。 的 DR 扫描时,进入 Upd a t e-DR 状 态 标 志 着 控 制 器 命 令 被 译码。一条t h r e e-p a r t命令除操作码和操作数外,还包括一 3 基于 TAP 控制器命令的测试控制器 条 CR 扫描。CR 扫描具有 DR 扫描的属性,此扫描 过 程中 3. 1 总体设计 TDI引脚用于传输命令数据。假如控制器在命令完成之前 退出控制级 别 2,命 令 无 效。任 意 数 量 的 two-p a r t命 令 和 议转换器:将上位机并行发送的测试数据或测试指令转化 t h r e e-p a r t命令均可以组合起来使用,如图 2 所示。 为待测芯片识 别 的 串 行 CJTAG 测 试 信 号 ( TMS, TCK), 测试控制器实际上 是 一 种 智 能 化 的 并 行 到 串 行 的 协 且将待测芯片串行发送的响应数据并行发送至上位机,一 个完整的测试控制系统如图 3 所示 [11]。 图 2 控制器命令的组合 图 3 测试控制系统 控制器 命 令 从 功 能 上 分 为 5 类:存 储 命 令,通 过 命 令 中的操作数完成对寄 存 器 的 存 储;选 择 命 令,选 择 扫 描 的 数据通道从而完成对扫描成员的选择或执行条件式命令; 扫描命令,通 过 控 制 扫 描 方 式 完 成 测 试 数 据 的 读 或 写 操 作;枚举命令,完成控 制 器 识 别 码 的 分 配 从 而 完 成 星 型 扫 — 42 — 国外电子测量技术 3. 2 实现过程 首先测试控制器( DTS)产生相应的测试信号 实时控制待测芯片的 TAP 控制器。通 过零位 DR 扫 描实现 ZBS2,即使得 TAP 控制 器处于控制级别 2。其 次 中国科技核心期刊 2013 年 5 月 第 32 卷 第 5 卷 实现控制器命令,假如 需 实 现 two-pa r t控 制 器 命 令,测 试 控制器两次 DR 扫 描 实 现 操 作 码 和 操 作 数。 假 如 需 实 现 r t命令,除了两次 DR 扫 描 外,还 需 要 一 次 CR 扫 t hr e e-pa 描,且在 Sh i f t-DR 状态双向传输测试数据。 3. 3 实现 ZBS 理论与方法 4. 2 控制器命令的仿真 two-pa 0000001001)的 仿 真 如 图 5 所 r t命令 STMC( 示,由仿真图可 知 该 设 计 实 现 了 STMC 控 制 器 命 令 测 试 信号的产生。首 先 COMMOND_ f l ag 为 逻 辑 1 表 明 执 行 在进行操作之 前,首 先 把 BYPASS 或 IDCODE 指 令 控制器命令,根据配置知 CP1 为“ 00000”,可知 DR 扫描 过 装载进 TAP 控制器的指令寄存器中。接着测试控制器 通 过 TMS 产生 5 个连续的逻 辑 1 发 送 至 芯 片 的 TAP 控 制 程中 Sh i f t-DR 自循环 0 次。通过 TMS 在 TCK 下降沿由 左至右 依 次 发 送 “ 0100”使 TAP 控 制 器 经 过 Run-Te s t-I- 器,使其状态为 Te s t-Log i c-Re s e t( 0000)。此时 TAP 控 制 器开始探测 ZBS,当 TAP 控制器依次经过 Run-Te s t-I d l e、 d l e、Se l e c t-DR、Cap t u r e-DR 进 入 Se l e c t-DR 状 态 即 ” 。 STATE 为“ 0100 此 时 TMS 在 TCK 下 降 沿 发 送 0 个 Se l e c t-DR-Sc an、 Cap t u r e-DR 直 接 进 入 Ex i t-DR 状 态 时, 激活 ZBS。 接 着 进 入 Upda t e-DR 状 态 完 成 一 次 ZBS, 逻辑 0 使 TAP 控制器在 Sh i f t-DR 状 态 自 循 环 0 次,产 生 TAP 控制器的 ZBS_ COUNT 计数值加 1。根 据 配置需 要 产生两 次 ZBS,故 在 TCK 下 降 沿,测 试 控 制 器 通 过 TMS 发送逻辑 1 使 TAP 控 制 器 进 入 Se l e c t-DR-Sc an 状 态,接 STMC 的 操 作 码 ( CP1)。接 着 TMS 在 TCK 下 降 沿 由 左 至右依次发 送 “ 11”,使 TAP 控 制 器 状 态 经 过 Ex i t 1-DR、 进入 Upda t e-DR 状态即 STATE 为“ 1000”,此时完成了与 CP1 相关的 DR 扫描。 着依 次 经 过 Cap t u r e-DR、 Sh i f t-DR、Ex i t 1-DR 进 入 Cap- t u r e-DR 状态,此时待测芯片的 ZBS_ COUNT 计 数器被 锁 定为 2,即 LOCK 变为 1 锁定。由以上分析可 知 实 现 ZBS 需要进行 ZBS 操作、 ZBS 锁定和 ZBS 结束 3 个步骤。 3. 4 实现控制器命令 处于控 制 级 别 2 的 TAP 控 制 器 能 够 产 生 控 制 器 命 图 5 two-pa r t 命令 STMC 的仿真 令,首先进行有关 CP1 的 DR 扫 描,在 Sh i f t-DR 状 态 自 循 环但不伴随数据的传输,由操作码确定自循 环的次数。再 次进行有关 CP2 的 DR 扫 描,类 同 有 关 CP1 的 DR 扫 描, 此时 Sh i f t-DR 状态自循环 次 数 由 操 作 数 确 定。 最 后 进 入 Te s t-Log i c-Re s e t状态使 TAP 控制器退出控制级别。 4 测试控制器的仿真验证 接着 按 照 产 生 CP1 的 方 法 产 生 CP2,在 Sh i f t-DR ( 0100)自循环 9 次,循 环 结 束 后 通 过 TMS 发 送“ 11”使 控 制器完成产生操作码( CP2)。 由以上分析可知,所设计的测试控制器产生的测试信 号满足IEEE1149. 7 标准中关于控制器命令的要求。 5 结 4. 1 ZBS2 的仿真 ZBS2 的仿真如图 4 所示。测试控制器发 送 测试信 号 论 目前,集成电路已经进入到深亚微米工艺和千兆时钟 通过初始化状 态 机 使 TAP 控 制 器 处 于 Te s t-Log i c-Re s e t 状态即 STATE 为“ 0000”,接着通过 TMS 在 TCK 下降由 时代,紧凑型边界扫描 技 术 顺 应 了 这 一 趋 势,能 够 解 决 芯 左至 右 沿 依 次 发 送 “ 01011”,使 TAP 控 制 器 经 过 Run- Te s t-I d l e、 Se l e c t-DR、Cap t u r e-DR、Ex i t t 1-DR,进 入 Up- 命令的测试过程基础上,设计的测试控制器能够产生符合 片系统设计中的众多问题。本文在深入理解 TAP 控制器 IEEE1149. 7 标准的测试信号。 da t e-DR 状态即 STATE 为“ 1000”,此时完成了 一次 ZBS。 参 考 文 献 接着 TMS 在 TCK 下降沿发送逻辑1 使 TAP 控制器再次 进入 Se l e c t-DR-Sc an 状态即 STATE 为“ 0010”,通过 TMS [ 1] 黄 文 君,雷 加 .星 型 边 界 扫 描 拓 扑 的 测 试 方 法 研 在 TCK 下降由左至 右 沿 依 次 发 送“ 011”,使 TAP 控 制 器 究[ J].国外电子测量技术, 2011, 30( 6): 54-57. 经过 Cap t u r e-DR、 Ex i t t 1-DR 第二次进入 Upda t e-DR 状态 [ 2] 苏 波 .基 于 IEEE1149. 1 及 IEEE1149. 4标准的测试 即 STATE 为“ 1000”,此时完成了第二次 ZBS。 技术 研 究 [ J].国 外 电 子 测 量 技 术, 2012, 31( 04): 34-37. [ 3] 程云波,方葛丰 .基于边 界 扫 描 技 术 的 电 路 板 可 测 性 设计分析[ J].电子测量技术 . 2007, 12( 07): 21-25. [ 4] 陈 光 礻禹 .可 测 性 设 计 技 术 [M ].电 子 工 业 出 版 社, 1997. [ 5] 陈 新 武,余 本 海 .边 界 扫 描 协 议 剖 析 -从 1149. 1到 1149. 6[ J].计算机与数字工程, 2005, 33( 1): 25-29. 图 4 ZBS2 的仿真 中国科技核心期刊 (下转第 56 页) 国外电子测量技术 — 43 — 2013 年 5 月 第 32 卷 第 5 卷 研究与开发 参 考 文 献 [ 1] 王加朋,王 淑 荣,徐 领 娣,等 .紫 外 辐 射 计 的 波 长 定 标 及不确定度分析[ J].光电工程, 2008, 35( 6): 42-47. [ 8] 张新朝,雷 翔 飞,李 志 攀 .基 于 TMS320F2812 的 红 外 信息 处 理 硬 件 平 台 设 计 [ J].国 外 电 子 测 量 技 术, 2010, 29( 4): 64-67. [ 9] 朱建铭,陈真诚,金 星 亮,等 .基 于 DSP 技 术 的 便 携 式 [ 2] 李新,张国 伟,寻 丽 娜,等 .短 波 红 外 平 常 光 谱 仪 的 波 无创血糖检测 仪 [ J].电 子 测 量 与 仪 器 学 报 , 2009, 23 长定标[ J].光学学报, 2008, 28( 5): 902-906. [ ] 3 赵发财,王淑 荣,曲 艺,等 .新 型 高 分 辨 率 紫 外 - 可 见 ( 6): 108-112. [ ] 苏 奎 峰,吕 强,常 天 庆,等 . 10 TMS320X281X DSP 原 理 成像光谱仪波 长 定 标 系 统 设 计 [ J].光 电 工 程, 2010, 及 C 程 序 开 发 [M ].北 京:北 京 航 空 航 天 大 学 出 版 37( 7): 92-96. 社, 2008. [ 4] 林冠宇 .紫外臭氧垂直探测仪波 长 经 度 分 析 与 波 长 定 标新 方 法 的 研 究 [ J].仪 器 仪 表 学 报, 2010, 31( 12): [ 11] 刘永平,荆红莉 .基于 DSP 的 混 合 动 力 车 用 电 机 控 制 系统设计[ J].国外电子测量技术, 2012, 31( 5): 85-88. 2668-2674. [ 5] 杨家 建,卢 小 丰,冯 晓 东,等 .基 于 LabVIEW 的 光 栅 单色仪 波 长 标 定 装 置 [ J].电 子 测 量 技 术, 2010, 33 ( 4): 78-81. [ 6] 刘和平,邓力,江渝,等 .数字 信 号 处 理 器 原 理、结 构 及 应用基础—TMS320F28X[M ].北 京:机 械 工 业 出 版 社, 2007. [ 7] 陈果,郭庆,王金宏,等 .基于 STM32 的蓄电 池 检 测 系 统[ J].国外电子测量技术, 2012, 31( 1): 70-73. 作 者 简 介 汪龙祺, 1978 年出生,工学博士,副研究员,主 要 研 究 方向光电探测领域与航空机载设备设计。 E-ma i l: f cn ygo@yahoo. 阚珊珊, 1980 年出生,学士,助 理研究员,主要研 究 方 向为光学系统检测与像质分析。 E-ma i l: ange l ks s@163. c om 櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒 (上接第 43 页) [ 6] IEEE S t anda r df o r Reduc ed-P i n andEnhanc ed-Func- t i ona l i t s tAc c e s sPo r tand Bounda r an Ar ch i- yTe y-Sc t e c t u r e[ S]. IEEES t d1149. 7. 2009. 林:桂林电子科技大学, 2009: 9-23. [ ] 建珍珍, 颜学龙 两线 型 扫 描 测试控制器设计[ 11 . J].大 众科技, 2012, 14( 3): 63-65. [ 7] IEEE S t anda r d Te s t Ac c e s sPo r tand Bounda r an y-Sc 作 者 简 介 Ar ch i t e c t u r e[ S]. IEEES t d1149. 1-2001 . 2001. [ 8] STEPHEN L. Re i n v e n t i ngJTAG f o rS oCd e bugg i ng[ J]. E l e c t r on i cDe s i l i c a t i on Wo r l d-N i kk e iE l e c t r on i c s gn & App Ch i n a, 2 0 0 9( 2): 1 5-1 9. [ 9] 徐志磊 .紧凑型 JTAG 接 口 的 设 计 与 验 证 [ D].上 海: 上海交通大学, 2010. 6: 11-15. [ 10] 黄新 .基 于 边 界 扫 描 的 网 络 化 测 试 技 术 研 究 [ D].桂 — 56 — 国外电子测量技术 江坤, 1986 年 出 生,硕 士,研 究 方 向 为 计 算 机 辅 助 测试。 E-ma i l: c om i angkung l@163. j 高俊强, 1986 年 出 生,硕 士,研 究 方 向 为 计 算 机 辅 助 测试。 中国科技核心期刊