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边界扫描测试与故障诊断系统开发

作　者: 李萌
导　师: 刘思久
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: 边界扫描测试可测性设计故障分析 DES理论 SVF标准
分类号: TN607
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着新型电子元件广泛采用高密度引脚的表面封装形式,造成传统针床和探头的测试设备难以适应。为此边界扫描技术应运而生,通过预先建立在芯片内部引脚处附加电路的虚拟探头作用,可在计算机控制下直接测试数字电路的工作状态。本文针对板级数字电路中普遍使用的CPLD、FPGA和DSP等主要元件均已能够支持边界扫描的现实条件,提出并开发了一种基于虚拟仪器思想的边界扫描测试与故障诊断系统,从而为数字电路系统的测试提供了一种十分方便、有效的实用工具。所研究的边界扫描测试系统由PC计算机软件和JTAG控制器两个主要部分组成。本文在讨论可测性理论、DES理论、故障诊断算法以及用于边界扫描测试的IEEE 1149.1规范和SVF标准的基础上,阐述了PC计算机软件开发的实现要点。该软件首先通过标准PCB数据文件分析被测电路的连线结构和元件特性,并在指出边界扫描的链路结构后通过BSDL标准文件提取边扫元件的具体边扫特性,进而实现旨在确认边扫器件本身测试功能的完备性测试。本文研究的重点和系统开发的主要内容是具体实现边界扫描测试能力的功能测试方法和连线测试方法。其核心问题是建立测试矢量TPG和预期测试响应ORA,并以此为基础全面实现了板级电路的互连接线测试、芯片内部的功能测试和非边界扫描器件的簇测试。软件操作界面从用户使用的角度出发,不仅给出测试结论,也能展示测试过程,且使一般系统使用者只要了解边界扫描测试的基本概念,并不需要掌握具体内部细节,就可通过本系统软件来使用边界扫描测试技术进行实际电路测试。本文提出和讨论的可测性设计方法,将首先定义故障模型,再建立反映测试过程和测试结果的事件信息集合,并通过仿真实验和分析找出反映故障与事件关系的特征矩阵。然后利用诊断理论归纳信息,最终确定具体故障。本文研究开发的控制器采用并口模拟和USB虚拟仪器两种方式。前者利用PC并口配置下载电缆,再开发底层软件来模拟JTAG工作;后者则利用USB接口交换信息,并可借助底层模块本身的键盘和液晶显示独立执行边界扫描过程。本文以FPGA07和LG06两种PCB电路板作为典型被测对象,说明了边界扫描测试系统的使用方法和测试过程,并给出数字电路系统边界扫描完整测试过程的示范流程。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题的来源与目的意义  10-11
  1.2 国内外发展现状和趋势  11-15
    1.2.1 边界扫描技术发展现状  11-13
    1.2.2 故障诊断技术的发展和趋势  13
    1.2.3 虚拟仪器的发展现状和趋势  13-14
    1.2.4 可测性设计的发展历程  14-15
  1.3 本文主要研究内容  15-16
第2章系统总体方案  16-30
  2.1 总体方案  16-19
    2.1.1 设计指导思想.  16-17
    2.1.2 系统总体结构.  17-18
    2.1.3 开发工作的实施要点  18-19
  2.2 测试理论的研究  19-24
    2.2.1 可测性理论的要点分析  19-20
    2.2.2 DES理论的简要介绍  20-21
    2.2.3 数据压缩理论的讨论  21-24
  2.3 相关标准与协议  24-29
    2.3.1 IEEE1149.1 协议要点的讨论  24-28
    2.3.2 SVF标准的讨论  28-29
  2.4 本章小结  29-30
第3章数字电路功能测试系统的研究开发  30-43
  3.1 数字电路故障诊断的可测性分析  30-36
    3.1.1 基于DES算法的故障模型结构  30-32
    3.1.2 建模方法与系统仿真软件的开发  32-36
  3.2 数字电路功能测试与故障诊断系统的开发  36-39
    3.2.1 数字电路功能测试原理  36-37
    3.2.2 基于标准被测电路527 的工作示例  37-38
    3.2.3 信号标识与实际引脚的设置方法  38-39
  3.3 基于VB文件的功能测试机制  39-42
    3.3.1 问题的提出  39-40
    3.3.2 测试模型源文件的建立与分析  40-41
    3.3.3 依据测试模型生成测试向量的算法  41-42
  3.4 本章小结  42-43
第4章边界扫描测试系统的核心机制  43-59
  4.1 边界扫描BSC链路数据的建立和运行  43-47
    4.1.1 核心软件的机制建立  43-45
    4.1.2 主要数据结构  45-47
  4.2 边界扫描的簇测试系统开发  47-49
    4.2.1 簇测试的基本原理  47-48
    4.2.2 簇测试的软件操作界面  48-49
  4.3 边界扫描的互连测试系统开发  49-52
    4.3.1 基本互连测试方法  49-50
    4.3.2 网表转换软件  50-51
    4.3.3 互联测试操作界面与工作过程  51-52
  4.4 边界扫描测试基础条件的建立  52-58
    4.4.1 支持IEEE1149.1 边扫控制器的若干方式  52-53
    4.4.2 测试系统控制器硬件开发  53-55
    4.4.3 SVF标准边扫控制器接口函数的开发  55-57
    4.4.4 完备性测试过程  57-58
  4.5 本章小结  58-59
第5章边界扫描测试系统的应用示例  59-67
  5.1 被测对象与测试系统  59-60
    5.1.1 被测对象的硬件电路  59-60
    5.1.2 测试系统整体实物连接  60
  5.2 以FPGA为核心器件的典型电路测试  60-62
    5.2.1 完备性测试过程  60-61
    5.2.2 内部功能测试过程  61-62
  5.3 内含多个边扫元件的典型电路测试  62-66
    5.3.1 完备性测试过程  63
    5.3.2 外部连线测试过程  63-65
    5.3.3 簇测试方法  65-66
  5.4 本章小结  66-67
结论  67-68
参考文献  68-72
攻读学位期间发表学术论文  72-74
致谢  74

边界扫描测试与故障诊断系统开发

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