簡述BSDL邊界掃描語言，BSDL邊界掃描語言的應(yīng)用

　　BSDL邊界掃描語言的邊界掃描是一個(gè)完善的測試技術(shù)。 邊界掃描在自當(dāng)聯(lián)合測試行動(dòng)組（JTAG）90年代初發(fā)明了一種解決方案來測試使用了許多新的印刷電路，正在開發(fā)和制造的地方幾乎沒有或根本沒有測試探針板的物理訪問。 一旦邊界掃描成立后，下一步是制定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的芯片供應(yīng)商的模型邊界掃描設(shè)備，工具供應(yīng)商開發(fā)自動(dòng)化工具，以及為最終用戶創(chuàng)建的邊界掃描測試的建模語言。 因此，邊界掃描描述語言（BSDL）已建立。

　　BSDL是邊界掃描設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)建模語言。 它的語法是一個(gè)VHDL的子集，它符合IEEE 1149.1-2001的規(guī)定。 它是由使用邊界掃描測試開發(fā)人員，設(shè)備模擬器，半導(dǎo)體測試儀，電路板級(jí)測試，任何人利用邊界掃描。 使用的的BSDL促進(jìn)整個(gè)電子行業(yè)的一致性。 此外，它使任何邊界掃描中的一個(gè)有用的，可以理解的，一致的方式和設(shè)備的功能規(guī)范。

　　BSDL走出了邊界掃描測試哲學(xué)的發(fā)展。 最初的IEEE 1149.1-1990標(biāo)準(zhǔn)的（見［符合IEEE 1149.1（JTAG接口）］）標(biāo)準(zhǔn)描述的邊界掃描并于1990年批準(zhǔn)發(fā)布，并作為結(jié)果，使用邊界掃描技術(shù)開始增長。 該標(biāo)準(zhǔn)的下一次修訂在1993年發(fā)生。 在1994年進(jìn)一步修訂納入了IEEE 1149.1-1994標(biāo)準(zhǔn)的BSDL。

　　什么是的BSDL？

　　邊界掃描描述語言使用戶能夠提供的方式，邊界掃描在任何特定的設(shè)備實(shí)施的說明。 由于每個(gè)芯片設(shè)計(jì)趨于應(yīng)用邊界掃描方式略有不同標(biāo)準(zhǔn)，這是一個(gè)需要理解的表達(dá)，具體和實(shí)用的方式測試。是書面的BSDL在VHDL的子集。 VHDL語言是常用的一種為FPGA和ASIC設(shè)計(jì)輸入的數(shù)字電路電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化的語言，因此它是與邊界因?yàn)樵S多芯片設(shè)計(jì)掃描是用這種語言進(jìn)行工作相適應(yīng)的。 但是的BSDL是一個(gè)“子集和標(biāo)準(zhǔn)做法”的VHDL，即VHDL語言的范圍，從而對(duì)邊界掃描應(yīng)用受到限制。

　　設(shè)計(jì)過程中的BSDL有兩種語言的主要標(biāo)準(zhǔn)：

　　BDSL使設(shè)備的使用邊界掃描功能，準(zhǔn)確和有用的說明。 BSDL文件是所使用的邊界掃描工具，使設(shè)備的使用功能，使任何測試性分析測試程序生成，？故障診斷，以及使用。 的BSDL不是一個(gè)可以用硬件描述語言，相反，它是用來定義設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，即它是如何捕獲，轉(zhuǎn)變和更新掃描數(shù)據(jù)。 這才是用于定義測試能力。

　　BSDL文件包括以下數(shù)據(jù)：

　　實(shí)體聲明 ：本實(shí)體聲明是一個(gè)VHDL構(gòu)造，是用來識(shí)別文件名 的BSDL設(shè)備所描述的。

　　泛型參數(shù) ：通用參數(shù)是指定哪個(gè)區(qū)段包描述。

　　邏輯端口說明 ：這說明列出了設(shè)備的所有連接。 它定義它的基本屬性，即是否連接輸入（以位;），輸出（OUT位;），雙向（inout的位;），或者如果它是不可用的邊界掃描（連鎖位;）。

　　封裝引腳映射 ：包引腳映射被用于確定一個(gè)集成電路的內(nèi)部連接范圍內(nèi)。 它詳細(xì)介紹了如何在設(shè)備上的墊片裸片連接到外部引腳。

　　USE語句 ：這句話是用來調(diào)用BSDL文件VHDL語言包，該數(shù)據(jù)包含在所引用。

　　掃描端口標(biāo)識(shí) ：掃描端口標(biāo)識(shí)識(shí)別引腳的JTAG執(zhí)行工作/這是用于邊界掃描。 這些措施包括：TDI的，商品說明條例，訓(xùn)練管理系統(tǒng)，TCK和TRST的（如果使用）。

　　測試訪問端口（TAP）說明 ：本實(shí)體提供設(shè)備的其他信息的邊界掃描和JTAG邏輯。 這些數(shù)據(jù)包括指令寄存器的長度，指令操作碼，設(shè)備的IDCODE等。

　　邊界寄存器描述 ：這說明提供器件結(jié)構(gòu)的邊界掃描單元上。 每個(gè)器件引腳上最多可以有三個(gè)邊界掃描單元，每個(gè)單元格組成的一個(gè)寄存器鎖存器和一個(gè)。

　　BSDL怎樣使用？

　　當(dāng)電路板的設(shè)計(jì)，邊界掃描兼容設(shè)備被組織成“鏈”。 掃描鏈構(gòu)成了板級(jí)和系統(tǒng)級(jí)的測試，可以檢測和診斷引腳層次的結(jié)構(gòu)性缺陷，如開路和短路的基礎(chǔ)。 自動(dòng)化工具用于生成測試方案或議會(huì)的程序。 最重要的投入，這個(gè)過程是邊界掃描功能的設(shè)備的BSDL文件，以及網(wǎng)表描述板之間的互連的設(shè)備。 生成的測試程序，當(dāng)應(yīng)用到目標(biāo)板，報(bào)告的結(jié)構(gòu)測試失敗，可以用來幫助板維修。

　　有些工具能夠使用邊界掃描創(chuàng)造集群的組件包括非邊界掃描兼容設(shè)備的測試模式，和其他工具可以生成測試模式，一個(gè)板上處理器可以運(yùn)行，以便能夠在高速功能測試。 這些測試應(yīng)用程序獨(dú)立或與其他測試技術(shù)，如在電路，結(jié)合測試（ICT）的，具有生產(chǎn)以最低的成本最優(yōu)的測試覆蓋的總體目標(biāo)和最短的測試開發(fā)時(shí)間。

　　邊界掃描語言的BSDL，被廣泛用于在IEEE 1149.1 / JTAG的社會(huì)使一致，準(zhǔn)確和有用的資料供邊界掃描功能的設(shè)備定義。 通過這種方式，該芯片可以被納入一個(gè)設(shè)計(jì)，它的功能用在最有效的方式充分。

　　邊界掃描器件BSDL描述在測試中的應(yīng)用

　　1、引言

　　“邊界掃描”是一種可測性設(shè)計(jì)技術(shù)，即在電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段就考慮其測試問題［1］。

　　BSDL（boundary scan des cription language） 語言硬件描述語言（VHDL）的一個(gè)子集，是對(duì)邊界掃描器件的邊界掃描特性的描述，主要用來溝通邊界掃描器件廠商、用戶與測試工具之間的聯(lián)系，其應(yīng)用包括：廠商將BSDL描述作為邊界掃描器件的一部分提供給用戶;BSDL描述為自動(dòng)測試圖形生成（ATPG）工具測試特定的電路板提供相關(guān)信息;在BSDL 的支持下生成由IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)定義的測試邏輯 ［2］。現(xiàn)在，BSDL語言已經(jīng)正式成為IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)文件的附件。BSDL本身不是一種通用的硬件描述語言，但它可與軟件工具結(jié)合起來用于測試生成、結(jié)果分析和故障診斷。每一邊界掃描器件都附有特定的BSDL描述文件，為了論述的方便，本文將以Altera公司的CPLD器件 EPM7128SL84 芯片為例說明BSDL描述在測試中的應(yīng)用。

　　2、EPM7128SL84芯片的BSDL描述

　　該器件采用了先進(jìn)的CMOS EEPROM制造工藝，共有84個(gè)引腳，其中包括四個(gè)JTAG測試引腳 TDI、TMS、TCK和TDO，通過標(biāo)準(zhǔn)JTAG測試接口它還可以支持在系統(tǒng)可編程（ISP）。下面首先討論EPM7128SL84的BSDL描述中與應(yīng)用相關(guān)的各基本元素。

　　2.1 TAP描述

　　TAP描述說明與TAP控制器相關(guān)的特性。TAP 控制器包括4個(gè)或5個(gè)控制信號(hào)，一個(gè)用戶定義的指令集（在IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi)）和一些可選擇的數(shù)據(jù)寄存器。EPM7128SL84的 TAP描述有：

　?。?）attribute INSTRUCTION_LENGTH of EPM7128SL84：entity is 10;

　　指令長度（INSTRUCTION_LENGTH）屬性定義了所有操作碼的長度必須為10位。

　?。?）attribute INSTRUCTION_OPCODE of EPM7128SL84：entity is

　　“BYPASS （1111111111）， ”&

　　“EXTEST （0000000000），”&

　　“SAMPLE （0001010101），”&

　　“IDCODE （0001011001）”;

　　指令操作碼（INSTRUCTION_OPCODE）屬性指出器件所支持的指令的二進(jìn)制代碼，如器件標(biāo)志代碼指令I(lǐng)DCODE的位圖形為“0001011001” ，所有字串中最右邊的位最靠近TDO。根據(jù)1149.1標(biāo)準(zhǔn)，旁路、外部測試和采樣指令是強(qiáng)制性的，且旁路指令BYPASS為全“1”串，外部測試 EXTEST指令為全“0”串。

　?。?）attribute INSTRUCTION_CAPTURE of EPM7128SL84：entity is “0101010101”;

　　指令捕獲（INSTRUCTION_CAPTURE）屬性說明，當(dāng) TAP控制器處于捕獲指令寄存（Capture-IR）狀態(tài)時(shí)，位圖形“0101010101”被裝入指令寄存器的移位寄存器部分，當(dāng)送入新指令時(shí)，此位圖形被移出，IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定其最低兩位為“01”，其余位由廠商自行定義，這樣可以保證通過Capture信號(hào)可以檢測到掃描鏈上固定為“0”和固定為“1”的故障。

　　（4）attribute IDCODE_REGISTER of EPM7128SL84：entity is

　　“0000”&“0111000100101000”&“00001101110”&“1”;

　　標(biāo)志寄存器屬性描述芯片內(nèi)置在標(biāo)志寄存器里的芯片ID碼。IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定芯片ID碼為32位，最右邊的一位是最靠近TDO的。如圖1所示，標(biāo)志寄存器的LSB是IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制為“1”的最低位，表示器件標(biāo)志寄存器的存在;第1位至11 位是廠商代碼號(hào)“01110110000”，這個(gè)代碼表示Altera公司;第12位至27位是芯片型號(hào) “0001010010001110”，即十六進(jìn)制“7128”（從右至左）;第28位至31位是芯片版本號(hào)“0000” ［2］。

　　2.2 邊界掃描寄存器描述

　　這是BSDL整體結(jié)構(gòu)的最重要部分，它描述了邊界掃描單元（BSC）的長度及每個(gè)BSC的單元號(hào)與屬性。

　　（1）attribute BOUNDARY_LENGTH of EPM7128SL84：entity is 288;

　　邊界掃描長度屬性表示EPM7128SL84 芯片共有 288個(gè)邊界掃描單元。

　?。?）attribute BOUNDARY_REGISTER of EPM7128SL84：entity is

　　--num（cell， port， function， safe ［ccell， disval， rstl］）

　　“0 （BC_4， IN84， input， X），” &

　　“1 （BC_4， *， internal， X），” &

　　“2 （BC_4， *， internal， X），” &

　　……

　　“144 （BC_4， IO41， input， X），” &

　　“145 （BC_1， *， control， 0），” &

　　“146 （BC_1， IO41， output3， X， 145， 0， Z），” &

　　……

　　“279 （BC_4， IO4， input， X），” &

　　“280 （BC_1， *， control， 0），” &

　　“281 （BC_1， IO4， output3， X， 280， 0， Z），” &

　　……

　　“285 （BC_4， IN1， input， X），” &

　　“286 （BC_4， *， internal， X），” &

　　“287 （BC_4， *， internal， X）”;

　　對(duì)邊界掃描寄存器單元（BSC）屬性的描述由單元號(hào)與4個(gè)或7個(gè)圓括號(hào)內(nèi)的數(shù)據(jù)子段組成，這些BSC的排列順序可以是任意的，但每個(gè)單元都必須被定義。單元號(hào)從0到287 （BOUNDARY_LENGTH-1）進(jìn)行編號(hào)，0單元是最靠近TDO的單元。括號(hào)中數(shù)據(jù)子段的名稱為： cell， port， function， safe ［ccell， disval， rstl］，后三個(gè)方括號(hào)內(nèi)的可選子段只有在function子段的值為 out put3或bidir時(shí)才被定義。它們的含義如下：

　　· 單元子段：確定器件所使用的邊界掃描單元。EPM7128SL84芯片采用的BSC類型為標(biāo)準(zhǔn)單元 BC_1與BC_4，其屬性已經(jīng)在VHDL組件STD_1149_1_1994中加以定義;

　　· 通道子段：說明與對(duì)應(yīng)BSC相連的系統(tǒng)管腳。其名稱與BSDL“logical port des cription”屬性中描述的管腳邏輯名稱相一致。“*”表示此BSC 為輸出控制單元或內(nèi)部單元;

　　·功能子段：表示該BSC的主要功能。EPM7128SL84芯片BSC所涉及的功能有“input”、 “control”，“output3”和“internal”4種;

　　input：表示一個(gè)簡單的實(shí)現(xiàn)輸入管腳接收的 BSC;

　　control：表示一個(gè)進(jìn)行輸出使能控制，或輸出驅(qū)動(dòng)與雙向管腳的單元方向控制的BSC;

　　output3：表示一個(gè)為三態(tài)輸出提供數(shù)據(jù)的 BSC;

　　internal：表示一個(gè)用于捕獲系統(tǒng)內(nèi)部邏輯的 BSC，它不與任何系統(tǒng)管腳相連;

　　·安全子段：當(dāng)ATPG軟件提供一個(gè)額外隨機(jī)值時(shí)，safe子段定義了一個(gè)要裝入捕獲寄存器CAP 與更新寄存器UPD（如果存在的話）的值，以防止系統(tǒng)邏輯因?yàn)檫^激勵(lì)信號(hào)等原因造成的錯(cuò)誤連接。這個(gè)值可以是“0”，“1”或“X”?！癤”表示 “0”，“1”均可;

　　·控制單元子段：說明對(duì)功能為output3或bidir的BSC進(jìn)行輸出使能控制的控制單元號(hào);

　　· 無效值子段：為禁用對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)管腳，要給由ccell子段指定的控制單元賦的值;

　　· 無效狀態(tài)子段：給出被禁用驅(qū)動(dòng)器的狀態(tài)。這個(gè)狀態(tài)可以是高阻態(tài)（Z）、弱“1”態(tài)（weak1）或弱“0”態(tài)（weak0）［2］。

　　EPM7128SL84 芯片的管腳與邊界掃描單元如圖2所示，與輸入輸出管腳IO41相對(duì)應(yīng)的三個(gè)BSC單元號(hào)分別為144，145和146。

　　3、BSDL描述語言的實(shí)際應(yīng)用

　　3.1 TAP完整性測試

　　指令捕獲（INSTRUCTION_CAPTURE）屬性提供了測試TAP完整性的一條途徑。TAP完整性測試可以檢測時(shí)鐘TCK和模式選擇TMS的輸入端連接是否正確，所提供的有關(guān)信號(hào)是否正常;數(shù)據(jù)輸入TDI 和數(shù)據(jù)輸出TDO端的連接是否正確，且輸入和輸出的功能是否正常;內(nèi)部的指令寄存器工作是否正常;內(nèi)部的邊界掃描寄存器工作是否正常。TAP完整性測試是進(jìn)行邊界掃描其他任何測試之前建議首先進(jìn)行的測試操作，以確保邊界掃描鏈能正常工作。

　　TAP完整性測試的過程如圖3所示。在TAP的 Shift-IR狀態(tài)，指令捕獲位圖形已加載至指令寄存器的移位寄存器部分，直接從TDO移出數(shù)據(jù)并與各芯片的Capture位圖形比較，若數(shù)據(jù)一致則 TAP完整性測試通過。

　　3.2 芯片ID碼的檢測

　　芯片ID碼是識(shí)別芯片的內(nèi)建器件標(biāo)識(shí)碼，通過檢測芯片ID碼可以識(shí)別該芯片，判斷芯片裝配正確與否，并可進(jìn)一步判斷芯片的型號(hào)、生產(chǎn)廠家及版本號(hào)與其標(biāo)識(shí)是否相符，辨別芯片的真?zhèn)?。?dāng)TAP進(jìn)入Test-Logic-Reset狀態(tài)時(shí)，若標(biāo)志寄存器存在，則被強(qiáng)制接入TDI與TDO之間，寄存器LSB的值為“1”，否則，旁路寄存器被接入TDI與TDO之間，寄存器的值為“0”。所以，在檢測芯片標(biāo)志寄存器的值時(shí)，可以由復(fù)位狀態(tài)直接進(jìn)入移位數(shù)據(jù)狀態(tài)，輸出TDO的值，并判斷其第一位是否為“1”，若是，則此芯片有標(biāo)準(zhǔn)寄存器存在，可繼續(xù)移出其他31位，并進(jìn)行判斷與顯示。檢測流程如圖4所示。我們?cè)趯?duì)芯片EPM7128SL84進(jìn)行ID標(biāo)識(shí)碼檢測時(shí)，用邏輯分析儀采集到的TDO端的輸出波形如圖5所示，與BSDL描述中的ID碼一致，說明器件正確。

　　3.3 邊界掃描互連測試

　　我們?cè)陂_發(fā)邊界掃描測試軟件過程中，設(shè)計(jì)制作了基于邊界掃描機(jī)制的試驗(yàn)電路板當(dāng)作診斷實(shí)驗(yàn)對(duì)象。其中兩塊 EPM7128SL84芯片間的有16個(gè)互連網(wǎng)絡(luò)，分別是兩芯片的4～12管腳之間、33～41管腳之間的互連（除去7腳地線，38腳電源線）。在進(jìn)行互連測試時(shí)，首先要構(gòu)造一個(gè)16×16的測試矩陣，然后將此矩陣的16個(gè)列向量分別加載到芯片1的IO4～ IO12，IO33～I(xiàn)O41管腳（除去7腳和38腳），然后執(zhí)行外部測試指令。由芯片2捕獲對(duì)應(yīng)管腳上的信號(hào)，形成響應(yīng)向量，全部16個(gè)列向量分別加載捕獲完成后，再對(duì)響應(yīng)矩陣進(jìn)行故障診斷 ［3］，如圖6所示。在此測試過程中，對(duì)芯片1的IO管腳加載的向量數(shù)據(jù)必須定位到每個(gè)管腳對(duì)應(yīng)的三態(tài)輸出單元，即芯片1的 281，278，275，269，263，260， 257，251，179，173，167，164，161，155，149，146單元;而芯片2所捕獲的對(duì)應(yīng)管腳上的信號(hào)，在執(zhí)行采樣指令之后，都被置入每個(gè)管腳對(duì)應(yīng)的輸入單元，即芯片2的279，276，273，267， 261，258，255，249，177，171，165，162，159，153，147，144單元。這樣，從TDO輸出的對(duì)應(yīng)單元的數(shù)據(jù)就組成了響應(yīng)矩陣，對(duì)響應(yīng)矩陣按照一定的算法進(jìn)行分析，便可檢測出呆滯、短路、開路與橋接故障。

　　4、結(jié)束語

　　以上所述測試流程均用C++ Builder編程實(shí)現(xiàn)，能對(duì)基于邊界掃描機(jī)制的試驗(yàn)電路板進(jìn)行準(zhǔn)確、可靠的測試。試驗(yàn)證明，在邊界掃描各項(xiàng)測試中，對(duì)BSDL描述信息進(jìn)行有效的編譯提取，對(duì)測試的成功實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。但器件的BSDL描述必須嚴(yán)謹(jǐn)、確切，所以，在下一步的軟件完善中，將加入BSDL 文件的數(shù)據(jù)完整性檢查，以防止錯(cuò)誤數(shù)據(jù)損壞被測對(duì)象。