從理論到實(shí)踐：JTAG與IJTAG測(cè)試架構(gòu)的自動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

從理論到實(shí)踐：JTAG與IJTAG測(cè)試架構(gòu)的自動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一、引言1.1研究背景與意義隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，芯片的集成度不斷提高，功能日益復(fù)雜。從早期簡(jiǎn)單的小規(guī)模集成電路，到如今高度集成的片上系統(tǒng)（SoC），芯片內(nèi)部集成了數(shù)以億計(jì)的晶體管和多種復(fù)雜的功能模塊，如中央處理器（CPU）、圖形處理器（GPU）、內(nèi)存控制器等。這種技術(shù)演進(jìn)在提升芯片性能和功能的同時(shí)，也給芯片測(cè)試帶來(lái)了前所未有的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的芯片測(cè)試方法，如基于探針的測(cè)試技術(shù)，在面對(duì)新型芯片封裝和復(fù)雜電路結(jié)構(gòu)時(shí)，逐漸顯得力不從心。以球柵陣列（BGA）封裝為例，其引腳隱藏在芯片底部，使得探針難以接觸，無(wú)法進(jìn)行有效的電氣連接和信號(hào)檢測(cè)。多層電路板中間層走線的檢測(cè)也成為難題，由于物理空間的限制和信號(hào)傳輸?shù)母蓴_，傳統(tǒng)測(cè)試手段難以觸及這些內(nèi)部線路。此外，隨著互連速率攀升到5Gb/s以上，在高速I/O（HSIO）總線上放置測(cè)試焊盤變得近乎不可能，電容耦合效應(yīng)會(huì)對(duì)HSIO信號(hào)傳輸造成災(zāi)難性破壞，導(dǎo)致測(cè)試焊盤在許多新型設(shè)計(jì)中被禁止使用。這些問(wèn)題使得侵入式測(cè)試技術(shù)的覆蓋范圍不斷縮小，無(wú)法滿足現(xiàn)代芯片測(cè)試的需求。在這樣的背景下，聯(lián)合測(cè)試行動(dòng)組（JTAG）和內(nèi)部JTAG（IJTAG）測(cè)試架構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。JTAG作為一種標(biāo)準(zhǔn)化的邊界掃描測(cè)試技術(shù)，最初的開(kāi)發(fā)目標(biāo)是提供一種更有效的電路板測(cè)試方法，以驗(yàn)證電路板上芯片之間的連通性。通過(guò)在芯片的輸入輸出引腳與內(nèi)核電路之間插入邊界掃描單元（BSC），JTAG能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)器件及其外圍電路的測(cè)試，大大提高了芯片的可控性和可觀察性，有效地解決了傳統(tǒng)測(cè)試方法在新型芯片封裝和復(fù)雜電路結(jié)構(gòu)下的難題，使得電路板測(cè)試的成本和時(shí)間大幅降低。IJTAG則是在JTAG基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新一代測(cè)試技術(shù)。隨著芯片內(nèi)嵌入式儀器的數(shù)量和類型急劇增加，芯片設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)，內(nèi)嵌控制器是測(cè)試、驗(yàn)證和調(diào)試集成電路的最具成本效益和效率的手段之一。IJTAG標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)在芯片級(jí)定義一種標(biāo)準(zhǔn)化的儀器接口和高效的架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)嵌入式儀器的訪問(wèn)和管理，有助于將測(cè)試和測(cè)量?jī)x器嵌入到芯片中，實(shí)現(xiàn)從基于用探針實(shí)際測(cè)量芯片或電路的外部侵入式測(cè)試設(shè)備向內(nèi)部的、非侵入式軟件驅(qū)動(dòng)方法的過(guò)渡，為解決電路板和系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證、測(cè)試和調(diào)試中的困難提供了新的途徑。對(duì)JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)進(jìn)行自動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的研究具有重要意義。從技術(shù)層面來(lái)看，這有助于進(jìn)一步提高芯片測(cè)試的效率和準(zhǔn)確性，滿足日益增長(zhǎng)的芯片測(cè)試需求。自動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)能夠減少人工干預(yù)，降低設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)，提高測(cè)試架構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量和一致性。同時(shí)，通過(guò)優(yōu)化測(cè)試架構(gòu)，能夠更快速地檢測(cè)出芯片中的故障，提高芯片的良品率，降低生產(chǎn)成本。從產(chǎn)業(yè)發(fā)展角度來(lái)看，JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)的自動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是推動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著芯片技術(shù)的不斷進(jìn)步，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)對(duì)測(cè)試技術(shù)的要求也越來(lái)越高。高效、準(zhǔn)確的測(cè)試技術(shù)能夠加速芯片的研發(fā)和生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。此外，這一研究成果還有助于促進(jìn)測(cè)試設(shè)備和工具的創(chuàng)新，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，為整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供有力支撐。在學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域，對(duì)JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)的深入研究也具有重要價(jià)值。這一領(lǐng)域涉及到電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）、數(shù)字電路設(shè)計(jì)、測(cè)試?yán)碚摰榷鄠€(gè)學(xué)科的交叉，通過(guò)對(duì)其自動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的研究，能夠豐富和拓展相關(guān)學(xué)科的理論和方法，為后續(xù)的學(xué)術(shù)研究提供新的思路和方向。隨著芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)的自動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)已成為芯片測(cè)試領(lǐng)域的重要研究課題，對(duì)于推動(dòng)芯片技術(shù)進(jìn)步、促進(jìn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及豐富學(xué)術(shù)研究成果都具有不可忽視的重要意義。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在JTAG測(cè)試架構(gòu)的研究方面，國(guó)外起步較早，取得了豐富的成果。自1990年IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)確立以來(lái)，眾多國(guó)際知名企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)積極投入到JTAG技術(shù)的研究與應(yīng)用中。如德州儀器（TI）、英特爾（Intel）等公司，在其芯片產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用JTAG技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了芯片的高效測(cè)試與調(diào)試。相關(guān)研究圍繞JTAG的架構(gòu)優(yōu)化、測(cè)試算法改進(jìn)以及與其他測(cè)試技術(shù)的融合展開(kāi)。例如，通過(guò)改進(jìn)邊界掃描單元的結(jié)構(gòu)，提高測(cè)試數(shù)據(jù)的傳輸效率；利用遺傳算法等智能算法，優(yōu)化測(cè)試向量的生成，以減少測(cè)試時(shí)間和成本。國(guó)內(nèi)對(duì)JTAG技術(shù)的研究也在不斷深入。許多高校和科研機(jī)構(gòu)，如清華大學(xué)、北京大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院微電子研究所等，在JTAG技術(shù)的理論研究和工程應(yīng)用方面取得了一系列成果。研究?jī)?nèi)容涉及JTAG控制器的設(shè)計(jì)、測(cè)試鏈路的優(yōu)化以及測(cè)試軟件的開(kāi)發(fā)等。一些國(guó)內(nèi)企業(yè)也開(kāi)始將JTAG技術(shù)應(yīng)用于芯片設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中，逐步提高自身的芯片測(cè)試能力。IJTAG測(cè)試架構(gòu)作為一種新興的測(cè)試技術(shù)，近年來(lái)受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。國(guó)外的研究主要集中在IJTAG標(biāo)準(zhǔn)的完善和應(yīng)用拓展上。如IEEE1687標(biāo)準(zhǔn)工作組不斷對(duì)IJTAG標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂和完善，以適應(yīng)不斷變化的芯片技術(shù)發(fā)展需求。一些研究機(jī)構(gòu)致力于開(kāi)發(fā)基于IJTAG的測(cè)試工具和平臺(tái)，提高芯片測(cè)試的自動(dòng)化水平和測(cè)試效率。例如，通過(guò)開(kāi)發(fā)智能化的測(cè)試軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)IJTAG測(cè)試架構(gòu)的自動(dòng)配置和測(cè)試流程的自動(dòng)執(zhí)行。國(guó)內(nèi)在IJTAG測(cè)試架構(gòu)的研究方面相對(duì)起步較晚，但發(fā)展迅速。部分高校和科研機(jī)構(gòu)開(kāi)始開(kāi)展相關(guān)研究，探索IJTAG技術(shù)在國(guó)內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用前景。研究工作主要包括IJTAG架構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、測(cè)試策略的制定以及與國(guó)內(nèi)芯片設(shè)計(jì)流程的融合等。一些企業(yè)也開(kāi)始關(guān)注IJTAG技術(shù)，并嘗試將其應(yīng)用于實(shí)際的芯片測(cè)試中，以提高芯片的測(cè)試質(zhì)量和競(jìng)爭(zhēng)力。盡管國(guó)內(nèi)外在JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)的研究方面取得了一定的進(jìn)展，但仍存在一些不足與空白。在JTAG測(cè)試架構(gòu)方面，隨著芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，如三維集成電路（3D-IC）和片上網(wǎng)絡(luò)（NoC）等新型芯片結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，傳統(tǒng)JTAG測(cè)試架構(gòu)在測(cè)試覆蓋率、測(cè)試效率和可擴(kuò)展性等方面面臨挑戰(zhàn)。目前針對(duì)這些新型芯片結(jié)構(gòu)的JTAG測(cè)試架構(gòu)優(yōu)化研究還相對(duì)較少，如何設(shè)計(jì)出適應(yīng)新型芯片結(jié)構(gòu)的JTAG測(cè)試架構(gòu)，以提高測(cè)試的有效性和全面性，是亟待解決的問(wèn)題。在IJTAG測(cè)試架構(gòu)方面，雖然IJTAG標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)制定，但在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一些問(wèn)題。例如，IJTAG儀器的兼容性和互操作性有待提高，不同廠家生產(chǎn)的IJTAG儀器之間難以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接和協(xié)同工作。此外，IJTAG測(cè)試架構(gòu)的自動(dòng)設(shè)計(jì)工具還不夠成熟，設(shè)計(jì)過(guò)程中需要大量的人工干預(yù)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)效率低下。如何開(kāi)發(fā)出高效、通用的IJTAG測(cè)試架構(gòu)自動(dòng)設(shè)計(jì)工具，提高設(shè)計(jì)的自動(dòng)化水平和質(zhì)量，也是當(dāng)前研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容本研究旨在深入探索JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)設(shè)計(jì)與高效實(shí)現(xiàn)，以滿足現(xiàn)代芯片測(cè)試日益增長(zhǎng)的復(fù)雜需求。通過(guò)對(duì)相關(guān)理論和技術(shù)的深入研究，結(jié)合先進(jìn)的算法和工具，構(gòu)建自動(dòng)化設(shè)計(jì)流程，提高測(cè)試架構(gòu)設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量，推動(dòng)芯片測(cè)試技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。在研究?jī)?nèi)容方面，首先會(huì)深入剖析JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)的工作原理。詳細(xì)研究JTAG的邊界掃描原理，包括邊界掃描單元的結(jié)構(gòu)和工作機(jī)制，以及JTAG測(cè)試鏈路的建立和數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程。對(duì)于IJTAG，將重點(diǎn)研究其儀器接口和架構(gòu)設(shè)計(jì)，了解IJTAG如何實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式儀器的訪問(wèn)和管理，以及IJTAG與JTAG在架構(gòu)和功能上的差異。這一基礎(chǔ)研究將為后續(xù)的自動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)提供堅(jiān)實(shí)的理論支持。在JTAG測(cè)試架構(gòu)自動(dòng)設(shè)計(jì)方面，將研究適應(yīng)新型芯片結(jié)構(gòu)的JTAG測(cè)試架構(gòu)優(yōu)化方法。針對(duì)3D-IC和NoC等新型芯片結(jié)構(gòu)，分析傳統(tǒng)JTAG測(cè)試架構(gòu)存在的問(wèn)題，提出改進(jìn)方案。例如，通過(guò)設(shè)計(jì)新的邊界掃描單元結(jié)構(gòu)，提高測(cè)試覆蓋率；優(yōu)化測(cè)試鏈路布局，減少測(cè)試時(shí)間和成本。同時(shí)，開(kāi)發(fā)JTAG測(cè)試架構(gòu)自動(dòng)設(shè)計(jì)工具，實(shí)現(xiàn)測(cè)試架構(gòu)的自動(dòng)化生成。利用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）技術(shù)，結(jié)合算法優(yōu)化，使工具能夠根據(jù)芯片的功能和結(jié)構(gòu)需求，自動(dòng)生成最優(yōu)的JTAG測(cè)試架構(gòu)。對(duì)于IJTAG測(cè)試架構(gòu)自動(dòng)設(shè)計(jì)，將致力于解決IJTAG儀器的兼容性和互操作性問(wèn)題。研究制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，確保不同廠家生產(chǎn)的IJTAG儀器能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)縫對(duì)接和協(xié)同工作。開(kāi)發(fā)IJTAG測(cè)試架構(gòu)自動(dòng)設(shè)計(jì)工具，提高設(shè)計(jì)的自動(dòng)化水平。該工具將能夠根據(jù)芯片的嵌入式儀器配置和測(cè)試需求，自動(dòng)生成高效的IJTAG測(cè)試架構(gòu)，并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化和驗(yàn)證。在JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)實(shí)現(xiàn)方面，將進(jìn)行硬件實(shí)現(xiàn)的研究。采用合適的硬件平臺(tái)，如現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）或?qū)Ｓ眉呻娐罚ˋSIC），實(shí)現(xiàn)JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)。在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，優(yōu)化硬件電路設(shè)計(jì)，提高測(cè)試架構(gòu)的性能和穩(wěn)定性。還會(huì)進(jìn)行軟件實(shí)現(xiàn)的研究，開(kāi)發(fā)相應(yīng)的測(cè)試軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)的控制和管理。測(cè)試軟件將具備測(cè)試向量生成、測(cè)試數(shù)據(jù)采集和分析等功能，能夠有效地支持芯片測(cè)試工作。最后，對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)進(jìn)行全面的性能評(píng)估。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，分析測(cè)試架構(gòu)的測(cè)試覆蓋率、測(cè)試時(shí)間、測(cè)試成本等指標(biāo)，評(píng)估其性能優(yōu)劣。根據(jù)評(píng)估結(jié)果，對(duì)測(cè)試架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，進(jìn)一步提高其性能和可靠性。1.4研究方法與技術(shù)路線本研究綜合運(yùn)用多種研究方法，以確保對(duì)JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)的自動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行全面、深入的探索。在研究過(guò)程中，采用文獻(xiàn)研究法對(duì)國(guó)內(nèi)外關(guān)于JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行廣泛搜集和深入分析。通過(guò)梳理學(xué)術(shù)期刊論文、會(huì)議論文、專利文獻(xiàn)以及技術(shù)報(bào)告等資料，全面了解該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)和關(guān)鍵技術(shù)，為研究提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和技術(shù)參考。例如，對(duì)IEEE1149.1和IEEE1687標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)研讀，深入理解JTAG和IJTAG的技術(shù)原理、架構(gòu)特點(diǎn)以及應(yīng)用案例。案例分析法也是本研究的重要方法之一。通過(guò)分析實(shí)際的芯片設(shè)計(jì)和測(cè)試案例，深入研究JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)在不同場(chǎng)景下的應(yīng)用情況。如對(duì)某公司采用JTAG技術(shù)進(jìn)行芯片測(cè)試的案例進(jìn)行分析，了解其在測(cè)試覆蓋率、測(cè)試時(shí)間和成本等方面的實(shí)際表現(xiàn)，總結(jié)成功經(jīng)驗(yàn)和存在的問(wèn)題，為后續(xù)的研究和設(shè)計(jì)提供實(shí)踐依據(jù)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證法是本研究不可或缺的環(huán)節(jié)。搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，獲取測(cè)試數(shù)據(jù)，評(píng)估測(cè)試架構(gòu)的性能指標(biāo)，如測(cè)試覆蓋率、測(cè)試時(shí)間、測(cè)試成本等。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)測(cè)試架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，確保其滿足實(shí)際應(yīng)用需求。例如，利用FPGA開(kāi)發(fā)板搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)JTAG測(cè)試架構(gòu)的自動(dòng)設(shè)計(jì)工具生成的測(cè)試架構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，分析測(cè)試結(jié)果，不斷優(yōu)化工具的算法和參數(shù)。本研究的技術(shù)路線遵循從理論分析到實(shí)踐驗(yàn)證的邏輯順序。在理論分析階段，深入研究JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)的工作原理、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范以及相關(guān)技術(shù)。詳細(xì)剖析JTAG的邊界掃描原理，包括邊界掃描單元的結(jié)構(gòu)和工作機(jī)制，以及JTAG測(cè)試鏈路的建立和數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程。對(duì)于IJTAG，重點(diǎn)研究其儀器接口和架構(gòu)設(shè)計(jì)，了解IJTAG如何實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式儀器的訪問(wèn)和管理，以及IJTAG與JTAG在架構(gòu)和功能上的差異。同時(shí)，分析當(dāng)前JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)在面對(duì)新型芯片結(jié)構(gòu)時(shí)存在的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，為后續(xù)的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供方向。在設(shè)計(jì)階段，針對(duì)JTAG測(cè)試架構(gòu)，研究適應(yīng)新型芯片結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法。根據(jù)3D-IC和NoC等新型芯片結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)新的邊界掃描單元結(jié)構(gòu)，提高測(cè)試覆蓋率；優(yōu)化測(cè)試鏈路布局，減少測(cè)試時(shí)間和成本。開(kāi)發(fā)JTAG測(cè)試架構(gòu)自動(dòng)設(shè)計(jì)工具，利用EDA技術(shù)和算法優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)測(cè)試架構(gòu)的自動(dòng)化生成。對(duì)于IJTAG測(cè)試架構(gòu)，致力于解決IJTAG儀器的兼容性和互操作性問(wèn)題。研究制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，確保不同廠家生產(chǎn)的IJTAG儀器能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)縫對(duì)接和協(xié)同工作。開(kāi)發(fā)IJTAG測(cè)試架構(gòu)自動(dòng)設(shè)計(jì)工具，根據(jù)芯片的嵌入式儀器配置和測(cè)試需求，自動(dòng)生成高效的IJTAG測(cè)試架構(gòu)，并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化和驗(yàn)證。在實(shí)現(xiàn)階段，進(jìn)行JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)的硬件實(shí)現(xiàn)和軟件實(shí)現(xiàn)。采用合適的硬件平臺(tái)，如FPGA或ASIC，實(shí)現(xiàn)測(cè)試架構(gòu)的硬件電路設(shè)計(jì)，優(yōu)化硬件電路設(shè)計(jì)，提高測(cè)試架構(gòu)的性能和穩(wěn)定性。開(kāi)發(fā)相應(yīng)的測(cè)試軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試架構(gòu)的控制和管理，測(cè)試軟件具備測(cè)試向量生成、測(cè)試數(shù)據(jù)采集和分析等功能，能夠有效地支持芯片測(cè)試工作。最后，在驗(yàn)證與優(yōu)化階段，對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)進(jìn)行全面的性能評(píng)估。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，分析測(cè)試架構(gòu)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，評(píng)估其性能優(yōu)劣。根據(jù)評(píng)估結(jié)果，對(duì)測(cè)試架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，進(jìn)一步提高其性能和可靠性，確保研究成果能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。二、JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)基礎(chǔ)理論2.1JTAG測(cè)試架構(gòu)2.1.1JTAG的起源與發(fā)展歷程JTAG技術(shù)的起源可以追溯到20世紀(jì)80年代。當(dāng)時(shí)，隨著集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，芯片的引腳數(shù)量不斷增加，傳統(tǒng)的針床測(cè)試方法在面對(duì)新型芯片封裝時(shí)逐漸顯得力不從心。例如，表面貼裝技術(shù)（SMT）的出現(xiàn)使得芯片引腳變得更小且更密集，難以使用傳統(tǒng)的探針進(jìn)行測(cè)試。多層印刷電路板的廣泛應(yīng)用也增加了測(cè)試的難度，內(nèi)部線路難以直接接觸和檢測(cè)。為了解決這些問(wèn)題，1985年，歐洲的一些制造機(jī)構(gòu)成立了歐洲聯(lián)合測(cè)試行動(dòng)組織（JETAG，JointEuropeanTestActionGroup），旨在研究集成電路的測(cè)試方法。后來(lái)，該組織與北美公司合作，于1986年更名為聯(lián)合測(cè)試行動(dòng)組（JTAG，JointTestActionGroup），并著手制定相關(guān)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。1990年，JTAG正式由IEEE的1149.1-1990號(hào)文檔標(biāo)準(zhǔn)化，該標(biāo)準(zhǔn)定義了測(cè)試訪問(wèn)端口（TAP，TestAccessPort）和邊界掃描結(jié)構(gòu)，規(guī)定了進(jìn)行邊界掃描所需要的硬件和軟件，為芯片測(cè)試提供了一種全新的方法。通過(guò)在芯片內(nèi)部定義TAP，利用邊界掃描技術(shù)，能夠在不直接接觸芯片引腳的情況下，對(duì)芯片內(nèi)部的電路進(jìn)行測(cè)試和調(diào)試，大大提高了測(cè)試的效率和準(zhǔn)確性。自1990年批準(zhǔn)后，IEEE分別于1993年和1995年對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)作了補(bǔ)充，形成了現(xiàn)在使用的IEEE1149.1a-1993和IEEE1149.1b-1994，進(jìn)一步完善了JTAG標(biāo)準(zhǔn)，使其能夠更好地適應(yīng)不斷發(fā)展的芯片技術(shù)。隨著時(shí)間的推移，JTAG技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。從最初主要用于芯片的邊界掃描測(cè)試，逐漸擴(kuò)展到系統(tǒng)級(jí)調(diào)試、在系統(tǒng)編程（ISP，In-SystemProgrammable）等領(lǐng)域。在現(xiàn)代硬件設(shè)計(jì)中，JTAG被用于調(diào)試CPU內(nèi)核、加載固件、測(cè)試和調(diào)試嵌入式系統(tǒng)以及進(jìn)行高速串行總線測(cè)試等。例如，在嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，開(kāi)發(fā)人員可以利用JTAG接口對(duì)芯片進(jìn)行編程和調(diào)試，快速定位和解決系統(tǒng)中的問(wèn)題，提高開(kāi)發(fā)效率。許多FPGA和ASIC芯片都支持JTAG接口，方便用戶進(jìn)行芯片的配置和測(cè)試。如今，JTAG技術(shù)已經(jīng)成為半導(dǎo)體測(cè)試領(lǐng)域不可或缺的一部分，隨著芯片技術(shù)的不斷進(jìn)步，JTAG技術(shù)也在不斷演進(jìn)，以滿足日益增長(zhǎng)的芯片測(cè)試需求。2.1.2JTAG的工作原理JTAG的核心工作原理基于邊界掃描技術(shù)，通過(guò)在芯片內(nèi)部定義測(cè)試訪問(wèn)端口（TAP），實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的測(cè)試和調(diào)試。其工作機(jī)制涉及多個(gè)關(guān)鍵組件的協(xié)同工作，包括TAP控制器、邊界掃描寄存器等。TAP控制器是JTAG的核心組件之一，它本質(zhì)上是一個(gè)狀態(tài)機(jī)，負(fù)責(zé)管理測(cè)試邏輯的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。TAP控制器通過(guò)接收測(cè)試模式選擇信號(hào)（TMS）和測(cè)試時(shí)鐘信號(hào)（TCK）來(lái)控制狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。TMS信號(hào)是一個(gè)單比特信號(hào)，用于設(shè)置JTAG口處于特定的測(cè)試模式，在TCK的上升沿被采樣，從而驅(qū)動(dòng)TAP控制器狀態(tài)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。TCK則為TAP的操作提供獨(dú)立的時(shí)鐘信號(hào)，確保測(cè)試邏輯的時(shí)序準(zhǔn)確。TAP控制器共有16個(gè)狀態(tài)，這些狀態(tài)構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。在系統(tǒng)上電后，TAP控制器首先進(jìn)入Test-Logic-Reset狀態(tài)，這是一個(gè)初始狀態(tài)，確保測(cè)試邏輯處于已知的復(fù)位狀態(tài)。然后，它可以根據(jù)TMS信號(hào)的變化依次進(jìn)入Run-Test/Idle、Select-DR-Scan、Select-IR-Scan、Capture-IR、Shift-IR、Exit1-IR、Update-IR等狀態(tài)。在這些狀態(tài)中，TAP控制器完成不同的操作，如加載指令、傳輸數(shù)據(jù)等。例如，在Capture-IR狀態(tài)下，一個(gè)特定的邏輯序列被加載到指令寄存器中；在Shift-IR狀態(tài)下，可以將一條特定的指令送到指令寄存器中；在Update-IR狀態(tài)下，剛才輸入到指令寄存器中的指令將用來(lái)更新指令寄存器，使其生效。邊界掃描寄存器是JTAG實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能的另一個(gè)關(guān)鍵組件。它由一系列邊界掃描單元（BSC，Boundary-ScanCell）組成，這些單元分布在芯片的輸入輸出引腳附近。當(dāng)芯片處于調(diào)試狀態(tài)時(shí)，邊界掃描寄存器可以將芯片和外圍的輸入輸出隔離開(kāi)來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片輸入輸出信號(hào)的觀察和控制。對(duì)于芯片的輸入引腳，可以通過(guò)與之相連的邊界掃描寄存器單元把信號(hào)（數(shù)據(jù)）加載到該引腳中去；對(duì)于芯片的輸出引腳，也可以通過(guò)與之相連的邊界掃描寄存器“捕獲”該引腳上的輸出信號(hào)。在正常運(yùn)行狀態(tài)下，邊界掃描寄存器對(duì)芯片來(lái)說(shuō)是透明的，不影響芯片的正常功能。而在測(cè)試狀態(tài)下，邊界掃描寄存器可以相互連接起來(lái)，在芯片的周圍形成一個(gè)邊界掃描鏈（Boundary-ScanChain）。這個(gè)掃描鏈可以串行地輸入和輸出數(shù)據(jù)，通過(guò)TCK和TMS等控制信號(hào)，就可以方便地對(duì)處在調(diào)試狀態(tài)下的芯片進(jìn)行測(cè)試和調(diào)試。例如，通過(guò)向邊界掃描鏈中輸入測(cè)試向量，然后讀取掃描鏈輸出的數(shù)據(jù)，就可以檢測(cè)芯片引腳之間的連接是否正確，以及芯片內(nèi)部邏輯是否存在故障。除了TAP控制器和邊界掃描寄存器，JTAG還包括測(cè)試數(shù)據(jù)輸入信號(hào)（TDI，TestDataIn）和測(cè)試數(shù)據(jù)輸出信號(hào)（TDO，TestDataOut）。TDI用于將串行測(cè)試數(shù)據(jù)和指令移入芯片，數(shù)據(jù)在TCK的上升沿被寄存到器件內(nèi)部的移位寄存器中，按照設(shè)定好的路徑依次通過(guò)一系列寄存器。TDO則用于將數(shù)據(jù)從器件的內(nèi)部寄存器鏈中移出，在特定的指令下，將寄存器鏈的最終數(shù)據(jù)輸出到測(cè)試設(shè)備，以便進(jìn)行分析和判斷。JTAG通過(guò)TAP控制器、邊界掃描寄存器以及相關(guān)信號(hào)的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)芯片的高效測(cè)試和調(diào)試，為現(xiàn)代芯片測(cè)試提供了一種可靠的解決方案。2.1.3JTAG的架構(gòu)組成JTAG架構(gòu)主要由JTAG標(biāo)準(zhǔn)端口、JTAG狀態(tài)機(jī)控制器、JTAG寄存器以及JTAG指令解碼器等部分組成，各部分之間相互協(xié)作，共同實(shí)現(xiàn)JTAG的測(cè)試和調(diào)試功能。JTAG標(biāo)準(zhǔn)端口是JTAG架構(gòu)與外部測(cè)試設(shè)備進(jìn)行通信的接口，通常包括以下幾個(gè)重要信號(hào)：測(cè)試時(shí)鐘（TCK，TestClock），為TAP控制器提供時(shí)鐘信號(hào)，控制測(cè)試邏輯的時(shí)序，它是一個(gè)獨(dú)立的時(shí)鐘，不依賴于芯片的主時(shí)鐘，頻率范圍可根據(jù)設(shè)計(jì)需求在幾十千赫茲到幾十兆赫茲之間變化；測(cè)試模式選擇（TMS，TestModeSelect），這是一個(gè)單比特信號(hào)，用于設(shè)置JTAG口處于特定的測(cè)試模式，在TCK的上升沿被采樣，通過(guò)TMS信號(hào)的不同取值組合，可以控制TAP控制器在16個(gè)狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換；測(cè)試數(shù)據(jù)輸入（TDI，TestDataIn），用于將串行測(cè)試數(shù)據(jù)和指令移入芯片，數(shù)據(jù)按照時(shí)鐘信號(hào)的節(jié)拍依次進(jìn)入芯片內(nèi)部的寄存器；測(cè)試數(shù)據(jù)輸出（TDO，TestDataOut），將芯片內(nèi)部寄存器鏈中的數(shù)據(jù)移出，輸出給外部測(cè)試設(shè)備進(jìn)行分析；測(cè)試復(fù)位（TRST，TestLogicReset），這是一個(gè)可選信號(hào)，低電平有效，用于復(fù)位TAP控制器和測(cè)試邏輯，確保測(cè)試環(huán)境在不干擾設(shè)備正常工作模式下，被置于一個(gè)已知的狀態(tài)。在一些對(duì)測(cè)試可靠性和重復(fù)性要求較高的設(shè)計(jì)中，通常會(huì)實(shí)現(xiàn)TRST引腳。JTAG狀態(tài)機(jī)控制器是JTAG架構(gòu)的核心控制單元，它通過(guò)TMS和TCK信號(hào)來(lái)管理測(cè)試邏輯的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。如前文所述，TAP控制器具有16個(gè)狀態(tài)，這些狀態(tài)構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的狀態(tài)機(jī)。在不同的狀態(tài)下，TAP控制器執(zhí)行不同的操作，如加載指令、傳輸數(shù)據(jù)、控制邊界掃描寄存器等。通過(guò)狀態(tài)機(jī)的有序運(yùn)轉(zhuǎn)，JTAG能夠?qū)崿F(xiàn)各種測(cè)試和調(diào)試功能。JTAG寄存器是JTAG架構(gòu)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和指令的部分，包括指令寄存器和多個(gè)數(shù)據(jù)寄存器。指令寄存器用于存儲(chǔ)JTAG指令，這些指令指導(dǎo)測(cè)試流程的執(zhí)行，IEEE規(guī)范規(guī)定該寄存器至少為2bit，以實(shí)現(xiàn)對(duì)4種強(qiáng)制性指令的編碼。指令寄存器由移位寄存器和鎖存器組成，長(zhǎng)度等于指令的長(zhǎng)度，指令從TDI串行輸入，同時(shí)鎖存在鎖存器中。數(shù)據(jù)寄存器則包括邊界掃描寄存器、旁路寄存器、芯片標(biāo)識(shí)寄存器等。邊界掃描寄存器由芯片引腳上的所有邊界掃描單元組成，這些單元串聯(lián)起來(lái)形成邊界掃描鏈，用于捕獲和移位測(cè)試數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片輸入輸出信號(hào)的觀察和控制。旁路寄存器是一個(gè)1位寄存器，用于旁路不需要測(cè)試的芯片，當(dāng)選擇旁路寄存器時(shí)，TDI僅經(jīng)過(guò)一級(jí)觸發(fā)器即可輸出至TDO，從而縮短測(cè)試時(shí)間。芯片標(biāo)識(shí)寄存器存儲(chǔ)芯片的標(biāo)識(shí)信息，如版本號(hào)、型號(hào)、制造廠商等，當(dāng)需要對(duì)該器件進(jìn)行替換時(shí)可查詢?cè)摷拇嫫?。JTAG指令解碼器負(fù)責(zé)解析指令寄存器中的指令，根據(jù)不同的指令類型，控制JTAG架構(gòu)中其他組件的工作。例如，當(dāng)解析到EXTEST指令時(shí)，指令解碼器會(huì)控制邊界掃描寄存器將測(cè)試向量串行移位至被測(cè)的連線或者邏輯電路，同時(shí)捕獲響應(yīng)數(shù)據(jù)，并將測(cè)試結(jié)果串行移位輸出；當(dāng)解析到BYPASS指令時(shí)，指令解碼器會(huì)選擇旁路寄存器，決定該芯片是否被測(cè)試。JTAG架構(gòu)中的各個(gè)組成部分緊密配合，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)端口接收外部測(cè)試設(shè)備的控制信號(hào)和數(shù)據(jù)，利用狀態(tài)機(jī)控制器管理測(cè)試邏輯的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，通過(guò)寄存器存儲(chǔ)和傳輸數(shù)據(jù)與指令，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片的全面測(cè)試和調(diào)試。2.1.4JTAG的指令集及應(yīng)用JTAG標(biāo)準(zhǔn)定義了一系列指令，這些指令在芯片測(cè)試過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，不同的指令用于實(shí)現(xiàn)不同的測(cè)試目的。以下是一些常用的JTAG指令及其應(yīng)用。EXTEST指令是JTAG指令集中的一個(gè)重要指令，主要用于測(cè)試板級(jí)芯片間的互連線。在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)需要檢測(cè)電路板上不同芯片之間的連接是否正確時(shí)，就可以使用EXTEST指令。其測(cè)試過(guò)程如下：首先通過(guò)TMS信號(hào)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)機(jī)，依次進(jìn)入Select-IR、Shift-IR和Run-Test/idle等狀態(tài)，將EXTEST指令加載到指令寄存器中。然后，通過(guò)TDI輸入數(shù)據(jù)到芯片一的邊界掃描寄存器中，更新芯片一的輸出管腳信號(hào)。芯片二捕獲輸入管腳數(shù)據(jù)，并將捕獲到的數(shù)據(jù)通過(guò)TDO輸出。通過(guò)分析輸出的數(shù)據(jù)，就可以判斷芯片間的互連線是否存在開(kāi)路、短路等故障。例如，在一塊包含多個(gè)芯片的電路板上，使用EXTEST指令可以快速檢測(cè)出芯片之間的連接是否正常，確保電路板的電氣連接可靠性。BYPASS指令用于旁路不需要測(cè)試的芯片，以縮短測(cè)試時(shí)間。當(dāng)電路板上存在一些已知功能正常的芯片，或者某些芯片在當(dāng)前測(cè)試階段不需要進(jìn)行測(cè)試時(shí)，就可以使用BYPASS指令。在執(zhí)行BYPASS指令時(shí)，TDI和TDO之間只有一個(gè)bit的旁路寄存器，數(shù)據(jù)直接通過(guò)旁路寄存器從TDI傳輸?shù)絋DO，跳過(guò)了芯片內(nèi)部復(fù)雜的測(cè)試邏輯。這樣可以大大減少測(cè)試數(shù)據(jù)的傳輸量和測(cè)試時(shí)間，提高測(cè)試效率。例如，在一個(gè)包含多個(gè)相同功能芯片的系統(tǒng)中，已經(jīng)對(duì)其中一部分芯片進(jìn)行了全面測(cè)試，確認(rèn)其功能正常，在后續(xù)的測(cè)試中就可以使用BYPASS指令跳過(guò)這些芯片，集中精力測(cè)試其他可能存在問(wèn)題的芯片。SAMPLE指令用于獲取芯片輸入輸出管腳上的即時(shí)數(shù)據(jù)。在芯片正常運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)執(zhí)行SAMPLE指令，可以對(duì)芯片輸入輸出管腳的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，從而了解芯片的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)。這對(duì)于調(diào)試芯片和系統(tǒng)非常有用，可以幫助工程師快速定位芯片在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。例如，在一個(gè)微處理器芯片中，使用SAMPLE指令可以實(shí)時(shí)獲取其數(shù)據(jù)總線和地址總線上的數(shù)據(jù)，分析芯片的工作是否正常，是否存在數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤等問(wèn)題。PRELOAD指令用于控制芯片輸入輸出管腳。通過(guò)該指令，可以將已知的數(shù)據(jù)加載到邊界掃描寄存器中，從而控制芯片的輸入輸出管腳狀態(tài)。這在一些特定的測(cè)試場(chǎng)景中非常有用，例如在對(duì)芯片進(jìn)行功能測(cè)試時(shí)，可以通過(guò)PRELOAD指令設(shè)置芯片的輸入管腳狀態(tài)，然后觀察輸出管腳的響應(yīng)，以驗(yàn)證芯片的功能是否正確。IDCODE指令用于獲取芯片的ID信息，該信息由32位組成，由JEDEC組織分配給每一個(gè)廠家。通過(guò)讀取芯片的IDCODE，可以確定芯片的型號(hào)、制造廠商等信息，這對(duì)于芯片的識(shí)別、替換以及系統(tǒng)的維護(hù)都非常重要。例如，在進(jìn)行芯片維修時(shí)，通過(guò)讀取IDCODE可以快速確定需要更換的芯片型號(hào)，提高維修效率。INTEST指令用于芯片內(nèi)部測(cè)試。通過(guò)邊界掃描技術(shù)，該指令可以控制芯片內(nèi)部邏輯的輸入輸出，進(jìn)行內(nèi)部的測(cè)試操作。例如，在對(duì)芯片內(nèi)部的邏輯電路進(jìn)行測(cè)試時(shí)，使用INTEST指令可以將測(cè)試向量輸入到芯片內(nèi)部的邏輯單元中，然后檢測(cè)其輸出結(jié)果，判斷芯片內(nèi)部邏輯是否存在故障。在實(shí)際的芯片測(cè)試案例中，以一款包含多個(gè)功能模塊的復(fù)雜芯片為例，在測(cè)試過(guò)程中，首先使用IDCODE指令獲取芯片的身份信息，確認(rèn)芯片的型號(hào)和制造商是否正確。然后，利用EXTEST指令對(duì)芯片與外部電路的連接進(jìn)行測(cè)試，確保引腳連接的正確性。接著，使用INTEST指令對(duì)芯片內(nèi)部的各個(gè)功能模塊進(jìn)行測(cè)試，檢查模塊的功能是否正常。在測(cè)試過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)某些模塊不需要進(jìn)行測(cè)試，可以使用BYPASS指令將其旁路，提高測(cè)試效率。通過(guò)SAMPLE和PRELOAD指令，可以對(duì)芯片的輸入輸出管腳進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，進(jìn)一步驗(yàn)證芯片的功能。通過(guò)綜合運(yùn)用JTAG的指令集，能夠全面、高效地對(duì)芯片進(jìn)行測(cè)試和調(diào)試，確保芯片的質(zhì)量和性能。2.2IJTAG測(cè)試架構(gòu)2.2.1IJTAG的產(chǎn)生背景與發(fā)展IJTAG的產(chǎn)生源于現(xiàn)代芯片技術(shù)發(fā)展帶來(lái)的一系列挑戰(zhàn)。隨著集成電路技術(shù)的飛速進(jìn)步，片上系統(tǒng)（SoC）中集成的IP核數(shù)量急劇增加，一個(gè)典型的SoC內(nèi)可能包含超過(guò)100個(gè)IP核。同時(shí)，芯片內(nèi)嵌入式儀器的數(shù)量和類型也在不斷增多，傳統(tǒng)的測(cè)試技術(shù)難以滿足對(duì)這些復(fù)雜芯片的測(cè)試、驗(yàn)證和調(diào)試需求。在JTAG技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，雖然它在電路板測(cè)試和芯片邊界掃描測(cè)試方面取得了顯著成效，但隨著芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜，JTAG逐漸暴露出一些局限性。例如，片上IP數(shù)量的增加導(dǎo)致JTAG指令集不斷膨脹，指令解碼器變得極為復(fù)雜，難以管理和維護(hù)。此外，JTAG采用的廣播架構(gòu)在面對(duì)大量嵌入式儀器時(shí)，效率低下，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)儀器的靈活訪問(wèn)。為了解決這些問(wèn)題，2005年，IEEE開(kāi)始著手開(kāi)發(fā)內(nèi)嵌控制器（IJTAG）標(biāo)準(zhǔn)，即IEEE1687標(biāo)準(zhǔn)。其核心目標(biāo)是提供一種標(biāo)準(zhǔn)化的儀器接口和高效的架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式儀器的便捷訪問(wèn)和管理。通過(guò)將測(cè)試和測(cè)量?jī)x器嵌入到芯片中，IJTAG有助于實(shí)現(xiàn)從基于外部侵入式測(cè)試設(shè)備向內(nèi)部的、非侵入式軟件驅(qū)動(dòng)測(cè)試方法的轉(zhuǎn)變。在IJTAG的發(fā)展歷程中，關(guān)鍵的技術(shù)突破之一是定義了元件連接語(yǔ)言（ICL，InstrumentConnectivityLanguage）和過(guò)程描述語(yǔ)言（PDL，ProceduralDescriptionLanguage）。ICL用于描述元件之間的連接關(guān)系，使得不同的嵌入式儀器能夠在統(tǒng)一的框架下進(jìn)行連接和管理。PDL則用于描述對(duì)元件的操作，為測(cè)試流程的自動(dòng)化執(zhí)行提供了有力支持。另一個(gè)重要的技術(shù)突破是引入了掃描互連塊（SIB，ScanInterconnectBlock）和邊界訪問(wèn)點(diǎn)（BAP，BoundaryAccessPoint）等關(guān)鍵組件。SIB負(fù)責(zé)管理和連接不同的嵌入式儀器，形成高效的測(cè)試鏈路；BAP則提供了與外部測(cè)試設(shè)備的接口，實(shí)現(xiàn)了測(cè)試數(shù)據(jù)的輸入輸出。這些組件的引入，極大地提高了IJTAG測(cè)試架構(gòu)的靈活性和可擴(kuò)展性。隨著時(shí)間的推移，IJTAG標(biāo)準(zhǔn)不斷完善和發(fā)展。IEEE1687標(biāo)準(zhǔn)工作組持續(xù)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂和更新，以適應(yīng)不斷變化的芯片技術(shù)發(fā)展需求。IJTAG技術(shù)在學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界得到了廣泛的研究和應(yīng)用，許多芯片設(shè)計(jì)公司開(kāi)始在其產(chǎn)品中采用IJTAG技術(shù)，提高芯片的測(cè)試和調(diào)試效率。2.2.2IJTAG的工作原理與創(chuàng)新點(diǎn)IJTAG在繼承JTAG邊界掃描技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了一系列創(chuàng)新，以實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式儀器的高效訪問(wèn)和管理。其工作原理主要圍繞著掃描互連塊（SIB）和邊界訪問(wèn)點(diǎn)（BAP）等關(guān)鍵組件展開(kāi)。SIB是IJTAG架構(gòu)中的核心組件之一，它類似于一個(gè)智能的連接樞紐，負(fù)責(zé)管理和連接不同的嵌入式儀器。SIB通過(guò)內(nèi)部的掃描鏈，將各個(gè)嵌入式儀器連接起來(lái)，形成一個(gè)有機(jī)的整體。在測(cè)試過(guò)程中，SIB能夠根據(jù)測(cè)試需求，靈活地選擇和切換不同的嵌入式儀器，實(shí)現(xiàn)對(duì)它們的單獨(dú)測(cè)試或聯(lián)合測(cè)試。例如，當(dāng)需要測(cè)試芯片內(nèi)部的一個(gè)特定IP核時(shí)，SIB可以將該IP核的測(cè)試鏈路與其他儀器隔離，確保測(cè)試的準(zhǔn)確性和獨(dú)立性。BAP則是IJTAG與外部測(cè)試設(shè)備進(jìn)行通信的接口。它接收來(lái)自外部測(cè)試設(shè)備的測(cè)試命令和數(shù)據(jù)，并將其傳遞給SIB和相關(guān)的嵌入式儀器。BAP還負(fù)責(zé)將測(cè)試結(jié)果從嵌入式儀器傳輸回外部測(cè)試設(shè)備，以便進(jìn)行分析和判斷。BAP的設(shè)計(jì)充分考慮了與JTAG接口的兼容性，使得IJTAG能夠與現(xiàn)有的JTAG測(cè)試設(shè)備無(wú)縫對(duì)接，降低了測(cè)試成本。IJTAG的創(chuàng)新點(diǎn)之一在于其高效的儀器訪問(wèn)機(jī)制。與JTAG的廣播架構(gòu)不同，IJTAG采用了一種基于層次化的結(jié)構(gòu)，使得測(cè)試設(shè)備能夠直接訪問(wèn)到每個(gè)嵌入式儀器，大大提高了測(cè)試效率。通過(guò)ICL語(yǔ)言對(duì)儀器連接關(guān)系的描述，IJTAG能夠快速定位和訪問(wèn)到所需的儀器，減少了測(cè)試時(shí)間和數(shù)據(jù)傳輸量。IJTAG還引入了虛擬儀器的概念。通過(guò)軟件定義的方式，IJTAG可以將多個(gè)物理儀器組合成一個(gè)虛擬儀器，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的測(cè)試功能。這種虛擬儀器的靈活性和可重構(gòu)性，使得IJTAG能夠適應(yīng)不同的測(cè)試需求，提高了測(cè)試的覆蓋率和準(zhǔn)確性。IJTAG在測(cè)試過(guò)程的自動(dòng)化方面也有顯著創(chuàng)新。利用PDL語(yǔ)言，IJTAG可以描述復(fù)雜的測(cè)試過(guò)程和操作序列，實(shí)現(xiàn)測(cè)試流程的自動(dòng)化執(zhí)行。測(cè)試人員只需編寫相應(yīng)的PDL腳本，就可以自動(dòng)完成一系列的測(cè)試操作，減少了人工干預(yù)，提高了測(cè)試的可靠性和一致性。IJTAG通過(guò)對(duì)關(guān)鍵組件的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和引入新的概念和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)嵌入式儀器的高效訪問(wèn)和管理，為現(xiàn)代芯片測(cè)試提供了一種更先進(jìn)、更靈活的解決方案。2.2.3IJTAG的架構(gòu)組成與特點(diǎn)IJTAG架構(gòu)主要由掃描互連塊（SIB）、邊界訪問(wèn)點(diǎn)（BAP）、嵌入式儀器以及元件連接語(yǔ)言（ICL）和過(guò)程描述語(yǔ)言（PDL）等部分組成，各部分相互協(xié)作，共同實(shí)現(xiàn)IJTAG的測(cè)試功能。SIB是IJTAG架構(gòu)的核心組件，它在整個(gè)測(cè)試架構(gòu)中起到了連接和管理嵌入式儀器的關(guān)鍵作用。SIB通常由多個(gè)掃描單元組成，這些掃描單元通過(guò)內(nèi)部的掃描鏈相互連接。每個(gè)掃描單元可以連接一個(gè)或多個(gè)嵌入式儀器，通過(guò)控制掃描鏈的移位操作，SIB能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同嵌入式儀器的選擇和訪問(wèn)。SIB還具備數(shù)據(jù)緩存和轉(zhuǎn)發(fā)的功能，能夠在測(cè)試過(guò)程中臨時(shí)存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)測(cè)試數(shù)據(jù)，提高測(cè)試效率。例如，在對(duì)多個(gè)嵌入式儀器進(jìn)行聯(lián)合測(cè)試時(shí)，SIB可以將來(lái)自不同儀器的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存和整理，然后一次性發(fā)送給外部測(cè)試設(shè)備，減少了數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇螖?shù)和時(shí)間。BAP作為IJTAG與外部測(cè)試設(shè)備的接口，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)測(cè)試命令和數(shù)據(jù)的傳輸。BAP通常包括多個(gè)信號(hào)引腳，如測(cè)試時(shí)鐘（TCK）、測(cè)試模式選擇（TMS）、測(cè)試數(shù)據(jù)輸入（TDI）和測(cè)試數(shù)據(jù)輸出（TDO）等，這些信號(hào)引腳與JTAG接口的信號(hào)引腳類似，保證了IJTAG與現(xiàn)有JTAG測(cè)試設(shè)備的兼容性。BAP接收來(lái)自外部測(cè)試設(shè)備的測(cè)試命令和數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為適合IJTAG內(nèi)部傳輸?shù)母袷?，然后傳遞給SIB。BAP將SIB返回的測(cè)試結(jié)果轉(zhuǎn)換為外部測(cè)試設(shè)備能夠識(shí)別的格式，輸出給外部測(cè)試設(shè)備。BAP還具備一定的信號(hào)處理和錯(cuò)誤檢測(cè)功能，能夠確保測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸。嵌入式儀器是IJTAG架構(gòu)中用于實(shí)際測(cè)試和測(cè)量的組件，它們可以是各種類型的測(cè)試電路、傳感器或監(jiān)測(cè)模塊。這些嵌入式儀器被集成在芯片內(nèi)部，通過(guò)SIB與其他組件相連。嵌入式儀器的種類和功能根據(jù)芯片的設(shè)計(jì)需求而定，例如，在一些高性能處理器芯片中，可能會(huì)集成功耗監(jiān)測(cè)儀器、溫度傳感器、邏輯分析儀等嵌入式儀器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)芯片的運(yùn)行狀態(tài)和性能指標(biāo)。嵌入式儀器的存在使得IJTAG能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)芯片內(nèi)部各種參數(shù)和功能的全面測(cè)試和驗(yàn)證。ICL和PDL在IJTAG架構(gòu)中也起著不可或缺的作用。ICL用于描述IJTAG架構(gòu)中各個(gè)組件之間的連接關(guān)系和配置信息。通過(guò)ICL，設(shè)計(jì)人員可以清晰地定義嵌入式儀器與SIB、BAP之間的連接方式，以及各個(gè)儀器的屬性和功能。ICL文件通常采用文本格式，易于編寫和修改，為IJTAG架構(gòu)的設(shè)計(jì)和調(diào)試提供了便利。PDL則用于描述測(cè)試過(guò)程和操作序列。測(cè)試人員可以使用PDL編寫詳細(xì)的測(cè)試腳本，定義測(cè)試步驟、數(shù)據(jù)傳輸方式、儀器控制指令等。PDL腳本可以被IJTAG測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)測(cè)試流程的自動(dòng)化。與JTAG架構(gòu)相比，IJTAG架構(gòu)具有以下獨(dú)特特點(diǎn)。IJTAG架構(gòu)具有更高的靈活性。通過(guò)SIB的靈活連接和ICL對(duì)連接關(guān)系的描述，IJTAG能夠適應(yīng)不同類型和數(shù)量的嵌入式儀器，方便地進(jìn)行測(cè)試架構(gòu)的擴(kuò)展和重構(gòu)。而JTAG架構(gòu)在面對(duì)大量嵌入式儀器時(shí)，由于其廣播架構(gòu)的限制，靈活性較差。IJTAG架構(gòu)的測(cè)試效率更高。IJTAG采用的層次化結(jié)構(gòu)和高效的儀器訪問(wèn)機(jī)制，使得測(cè)試設(shè)備能夠直接訪問(wèn)到每個(gè)嵌入式儀器，減少了測(cè)試時(shí)間和數(shù)據(jù)傳輸量。相比之下，JTAG架構(gòu)在測(cè)試多個(gè)儀器時(shí)，需要通過(guò)廣播方式發(fā)送測(cè)試命令和數(shù)據(jù)，效率較低。IJTAG架構(gòu)還具有更好的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。通過(guò)ICL和PDL對(duì)架構(gòu)和測(cè)試過(guò)程的描述，IJTAG的設(shè)計(jì)和測(cè)試過(guò)程更加清晰和規(guī)范，便于維護(hù)和管理。同時(shí)，IJTAG架構(gòu)的開(kāi)放性使得新的嵌入式儀器和測(cè)試功能能夠方便地添加到現(xiàn)有架構(gòu)中，具有良好的可擴(kuò)展性。2.2.4IJTAG的語(yǔ)言體系（ICL和PDL）IJTAG的語(yǔ)言體系包括元件連接語(yǔ)言（ICL）和過(guò)程描述語(yǔ)言（PDL），這兩種語(yǔ)言在IJTAG測(cè)試架構(gòu)中發(fā)揮著重要作用，分別從不同層面支持測(cè)試架構(gòu)的設(shè)計(jì)、配置和測(cè)試過(guò)程的執(zhí)行。ICL主要用于描述IJTAG架構(gòu)中各個(gè)組件之間的連接關(guān)系和配置信息。它以一種結(jié)構(gòu)化的方式定義了嵌入式儀器、掃描互連塊（SIB）和邊界訪問(wèn)點(diǎn)（BAP）等組件之間的連接方式，以及每個(gè)組件的屬性和功能。ICL文件通常采用文本格式，遵循一定的語(yǔ)法規(guī)則，便于編寫和閱讀。例如，在一個(gè)包含多個(gè)嵌入式儀器的芯片中，ICL文件可以詳細(xì)描述每個(gè)儀器與SIB的連接端口、儀器的類型和參數(shù)等信息。通過(guò)ICL，設(shè)計(jì)人員能夠清晰地表達(dá)測(cè)試架構(gòu)的設(shè)計(jì)意圖，為后續(xù)的測(cè)試工作提供準(zhǔn)確的配置依據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用中，ICL語(yǔ)言的使用使得IJTAG測(cè)試架構(gòu)的設(shè)計(jì)更加靈活和可擴(kuò)展。當(dāng)需要添加或更換嵌入式儀器時(shí)，只需修改ICL文件中的相關(guān)內(nèi)容，而無(wú)需對(duì)硬件電路進(jìn)行大規(guī)模的改動(dòng)。這大大降低了測(cè)試架構(gòu)的設(shè)計(jì)和維護(hù)成本，提高了設(shè)計(jì)的效率和可靠性。ICL還能夠方便地與其他設(shè)計(jì)工具和測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行集成，促進(jìn)了IJTAG技術(shù)在不同項(xiàng)目中的應(yīng)用。PDL則專注于描述測(cè)試過(guò)程和操作序列。它為測(cè)試人員提供了一種編寫測(cè)試腳本的語(yǔ)言，通過(guò)PDL腳本，測(cè)試人員可以詳細(xì)定義測(cè)試步驟、數(shù)據(jù)傳輸方式、儀器控制指令等。PDL腳本可以被IJTAG測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)測(cè)試流程的自動(dòng)化。例如，一個(gè)典型的PDL腳本可能包含以下操作：初始化測(cè)試環(huán)境，設(shè)置測(cè)試參數(shù)，選擇要測(cè)試的嵌入式儀器，發(fā)送測(cè)試向量，接收并分析測(cè)試結(jié)果等。PDL語(yǔ)言具有豐富的指令集和控制結(jié)構(gòu)，能夠滿足各種復(fù)雜測(cè)試場(chǎng)景的需求。PDL語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)在于它能夠?qū)y(cè)試過(guò)程進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。通過(guò)編寫PDL腳本，測(cè)試人員可以將測(cè)試步驟和操作固化下來(lái)，避免了人為因素對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，提高了測(cè)試的可靠性和一致性。PDL腳本還可以方便地進(jìn)行復(fù)用和修改，對(duì)于不同的測(cè)試項(xiàng)目和需求，只需對(duì)腳本進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，就可以快速生成新的測(cè)試方案。在IJTAG測(cè)試中，ICL和PDL相互配合，共同實(shí)現(xiàn)了測(cè)試架構(gòu)的自動(dòng)設(shè)計(jì)與高效測(cè)試。ICL定義了測(cè)試架構(gòu)的硬件連接和配置信息，為PDL提供了操作的對(duì)象和環(huán)境；PDL則根據(jù)ICL定義的架構(gòu)，執(zhí)行具體的測(cè)試操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式儀器的測(cè)試和驗(yàn)證。例如，在對(duì)一個(gè)芯片進(jìn)行測(cè)試時(shí)，首先根據(jù)芯片的設(shè)計(jì)需求，使用ICL語(yǔ)言編寫ICL文件，定義好嵌入式儀器與SIB、BAP之間的連接關(guān)系。然后，根據(jù)測(cè)試目的和要求，使用PDL語(yǔ)言編寫PDL腳本，詳細(xì)描述測(cè)試過(guò)程和操作步驟。在測(cè)試執(zhí)行階段，IJTAG測(cè)試系統(tǒng)讀取ICL文件和PDL腳本，自動(dòng)配置測(cè)試環(huán)境，執(zhí)行測(cè)試操作，并將測(cè)試結(jié)果反饋給測(cè)試人員。2.3JTAG與IJTAG測(cè)試架構(gòu)對(duì)比分析2.3.1標(biāo)準(zhǔn)之間的差異性JTAG基于IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)于1990年被正式確立，最初的開(kāi)發(fā)目標(biāo)是提供一種更有效的電路板測(cè)試方法，以驗(yàn)證電路板上芯片之間的連通性。隨著時(shí)間的推移，IEEE分別于1993年和1995年對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)作了補(bǔ)充，形成了現(xiàn)在使用的IEEE1149.1a-1993和IEEE1149.1b-1994。IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)定義了測(cè)試訪問(wèn)端口（TAP）和邊界掃描結(jié)構(gòu)，規(guī)定了進(jìn)行邊界掃描所需要的硬件和軟件，為電路板測(cè)試提供了一種標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案。IJTAG則基于IEEE1687標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)于2005年開(kāi)始開(kāi)發(fā)，當(dāng)時(shí)芯片內(nèi)嵌入式儀器的數(shù)量和類型急劇增加，傳統(tǒng)的測(cè)試技術(shù)難以滿足需求。IEEE1687標(biāo)準(zhǔn)的核心目標(biāo)是提供一種標(biāo)準(zhǔn)化的儀器接口和高效的架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式儀器的便捷訪問(wèn)和管理。該標(biāo)準(zhǔn)定義了元件連接語(yǔ)言（ICL）和過(guò)程描述語(yǔ)言（PDL），用于描述元件之間的連接關(guān)系和對(duì)元件的操作。從應(yīng)用范圍來(lái)看，JTAG主要應(yīng)用于電路板測(cè)試和芯片邊界掃描測(cè)試。在電路板測(cè)試中，JTAG能夠檢測(cè)芯片之間的互連是否正確，以及芯片的輸入輸出引腳是否正常工作。在芯片邊界掃描測(cè)試中，通過(guò)邊界掃描寄存器，JTAG可以對(duì)芯片內(nèi)部的邏輯電路進(jìn)行測(cè)試和調(diào)試。IJTAG則更側(cè)重于芯片內(nèi)部嵌入式儀器的測(cè)試和管理。隨著芯片集成度的不斷提高，芯片內(nèi)部包含了越來(lái)越多的嵌入式儀器，如溫度傳感器、邏輯分析儀等。IJTAG通過(guò)其獨(dú)特的架構(gòu)和語(yǔ)言體系，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)這些嵌入式儀器的靈活訪問(wèn)和控制，提高芯片內(nèi)部測(cè)試的效率和準(zhǔn)確性。在一個(gè)包含多個(gè)嵌入式儀器的芯片中，IJTAG可以通過(guò)SIB將這些儀器連接起來(lái)，形成一個(gè)有機(jī)的整體。通過(guò)ICL描述儀器之間的連接關(guān)系，利用PDL編寫測(cè)試腳本，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)儀器的單獨(dú)測(cè)試或聯(lián)合測(cè)試。而JTAG在面對(duì)這種復(fù)雜的嵌入式儀器環(huán)境時(shí)，由于其廣播架構(gòu)的限制，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)儀器的高效訪問(wèn)和管理。2.3.2硬件架構(gòu)差異JTAG的硬件架構(gòu)主要由JTAG標(biāo)準(zhǔn)端口、JTAG狀態(tài)機(jī)控制器、JTAG寄存器以及JTAG指令解碼器等部分組成。JTAG標(biāo)準(zhǔn)端口通常包括測(cè)試時(shí)鐘（TCK）、測(cè)試模式選擇（TMS）、測(cè)試數(shù)據(jù)輸入（TDI）、測(cè)試數(shù)據(jù)輸出（TDO）和測(cè)試復(fù)位（TRST，可選）等信號(hào)引腳。這些引腳為JTAG架構(gòu)與外部測(cè)試設(shè)備提供了通信接口。JTAG狀態(tài)機(jī)控制器是一個(gè)具有16個(gè)狀態(tài)的狀態(tài)機(jī)，通過(guò)TMS和TCK信號(hào)來(lái)管理測(cè)試邏輯的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在不同的狀態(tài)下，TAP控制器執(zhí)行不同的操作，如加載指令、傳輸數(shù)據(jù)、控制邊界掃描寄存器等。JTAG寄存器包括指令寄存器和多個(gè)數(shù)據(jù)寄存器，指令寄存器用于存儲(chǔ)JTAG指令，數(shù)據(jù)寄存器則包括邊界掃描寄存器、旁路寄存器、芯片標(biāo)識(shí)寄存器等，用于存儲(chǔ)和傳輸測(cè)試數(shù)據(jù)。JTAG指令解碼器負(fù)責(zé)解析指令寄存器中的指令，根據(jù)不同的指令類型，控制JTAG架構(gòu)中其他組件的工作。IJTAG的硬件架構(gòu)主要由掃描互連塊（SIB）、邊界訪問(wèn)點(diǎn)（BAP）、嵌入式儀器等部分組成。SIB是IJTAG架構(gòu)的核心組件，它由多個(gè)掃描單元組成，通過(guò)內(nèi)部的掃描鏈將各個(gè)嵌入式儀器連接起來(lái)。SIB能夠根據(jù)測(cè)試需求，靈活地選擇和切換不同的嵌入式儀器，實(shí)現(xiàn)對(duì)它們的單獨(dú)測(cè)試或聯(lián)合測(cè)試。例如，在測(cè)試一個(gè)包含多個(gè)IP核的芯片時(shí)，SIB可以將不同的IP核的測(cè)試鏈路進(jìn)行隔離和選擇，確保測(cè)試的準(zhǔn)確性和獨(dú)立性。BAP是IJTAG與外部測(cè)試設(shè)備進(jìn)行通信的接口，它接收來(lái)自外部測(cè)試設(shè)備的測(cè)試命令和數(shù)據(jù)，并將其傳遞給SIB和相關(guān)的嵌入式儀器。BAP還負(fù)責(zé)將測(cè)試結(jié)果從嵌入式儀器傳輸回外部測(cè)試設(shè)備，以便進(jìn)行分析和判斷。BAP的信號(hào)引腳與JTAG接口的信號(hào)引腳類似，保證了IJTAG與現(xiàn)有JTAG測(cè)試設(shè)備的兼容性。嵌入式儀器是IJTAG架構(gòu)中用于實(shí)際測(cè)試和測(cè)量的組件，它們被集成在芯片內(nèi)部，通過(guò)SIB與其他組件相連。在連接方式上，JTAG采用的是鏈?zhǔn)竭B接，多個(gè)芯片通過(guò)JTAG接口串聯(lián)在一起，形成一個(gè)JTAG鏈。在JTAG鏈中，數(shù)據(jù)從TDI輸入，依次通過(guò)各個(gè)芯片的邊界掃描寄存器，最后從TDO輸出。這種連接方式在測(cè)試多個(gè)芯片時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸需要依次經(jīng)過(guò)每個(gè)芯片，效率較低。IJTAG則采用了一種層次化的連接方式，通過(guò)SIB將不同的嵌入式儀器連接起來(lái)，形成一個(gè)層次分明的測(cè)試架構(gòu)。在這種架構(gòu)下，測(cè)試設(shè)備可以直接訪問(wèn)到每個(gè)嵌入式儀器，減少了數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂胶蜁r(shí)間，提高了測(cè)試效率。在信號(hào)傳輸方面，JTAG主要通過(guò)TDI和TDO進(jìn)行串行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣仁艿綍r(shí)鐘頻率和鏈路長(zhǎng)度的限制。IJTAG在繼承JTAG信號(hào)傳輸方式的基礎(chǔ)上，通過(guò)SIB的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎挽`活性。SIB可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存和轉(zhuǎn)發(fā)，減少了數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t。2.3.3應(yīng)用場(chǎng)景差異在芯片測(cè)試方面，JTAG適用于對(duì)芯片邊界掃描測(cè)試和基本功能測(cè)試。通過(guò)邊界掃描寄存器，JTAG可以對(duì)芯片的輸入輸出引腳進(jìn)行測(cè)試，檢測(cè)引腳之間的連接是否正確，以及引腳的電氣特性是否正常。在對(duì)一個(gè)微控制器芯片進(jìn)行測(cè)試時(shí)，JTAG可以通過(guò)邊界掃描寄存器，將測(cè)試向量輸入到芯片的輸入引腳，然后讀取輸出引腳的響應(yīng)，判斷芯片的功能是否正常。IJTAG則更適合對(duì)芯片內(nèi)部嵌入式儀器的測(cè)試。隨著芯片集成度的不斷提高，芯片內(nèi)部包含了大量的嵌入式儀器，如溫度傳感器、功耗監(jiān)測(cè)器等。IJTAG通過(guò)其獨(dú)特的架構(gòu)和語(yǔ)言體系，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)這些嵌入式儀器的靈活訪問(wèn)和控制，準(zhǔn)確地獲取儀器的測(cè)試數(shù)據(jù)，評(píng)估芯片的內(nèi)部性能。在對(duì)一個(gè)高性能處理器芯片進(jìn)行測(cè)試時(shí)，IJTAG可以通過(guò)SIB連接各個(gè)嵌入式儀器，利用ICL和PDL實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的配置和測(cè)試，獲取芯片的溫度、功耗等參數(shù)，判斷芯片的工作狀態(tài)是否正常。在電路板測(cè)試場(chǎng)景中，JTAG是一種常用的測(cè)試技術(shù)，主要用于檢測(cè)電路板上芯片之間的互連是否正確。通過(guò)EXTEST指令，JTAG可以將測(cè)試向量輸入到電路板上的芯片中，然后讀取其他芯片的響應(yīng)，判斷芯片之間的連線是否存在開(kāi)路、短路等故障。在一塊包含多個(gè)芯片的電路板上，使用JTAG可以快速檢測(cè)出芯片之間的連接是否正常，確保電路板的電氣連接可靠性。IJTAG在電路板測(cè)試中也有應(yīng)用，但相對(duì)較少。由于IJTAG主要關(guān)注芯片內(nèi)部的測(cè)試，對(duì)于電路板級(jí)的互連測(cè)試，其優(yōu)勢(shì)不如JTAG明顯。在一些特殊情況下，如電路板上的芯片內(nèi)部包含了大量的嵌入式儀器，需要同時(shí)對(duì)芯片內(nèi)部?jī)x器和電路板互連進(jìn)行測(cè)試時(shí)，IJTAG可以發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，通過(guò)與JTAG的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路板的全面測(cè)試。在系統(tǒng)調(diào)試方面，JTAG常用于對(duì)嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試。開(kāi)發(fā)人員可以利用JTAG接口，對(duì)芯片進(jìn)行編程和調(diào)試，快速定位和解決系統(tǒng)中的問(wèn)題。在嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)JTAG接口將調(diào)試工具連接到芯片上，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)芯片的運(yùn)行狀態(tài)，單步執(zhí)行程序，查看寄存器和內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，從而快速定位和解決系統(tǒng)中的問(wèn)題，提高開(kāi)發(fā)效率。IJTAG在系統(tǒng)調(diào)試中則更側(cè)重于對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)中多個(gè)芯片和嵌入式儀器的協(xié)同調(diào)試。在一個(gè)包含多個(gè)芯片和大量嵌入式儀器的復(fù)雜系統(tǒng)中，IJTAG可以通過(guò)其層次化的架構(gòu)和靈活的儀器訪問(wèn)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)芯片和儀器的統(tǒng)一管理和調(diào)試。通過(guò)ICL和PDL，開(kāi)發(fā)人員可以編寫復(fù)雜的測(cè)試腳本，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面的測(cè)試和調(diào)試，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在一個(gè)大型的片上系統(tǒng)（SoC）中，IJTAG可以將各個(gè)芯片和嵌入式儀器連接起來(lái)，形成一個(gè)統(tǒng)一的測(cè)試和調(diào)試環(huán)境，開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)IJTAG接口，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全面的調(diào)試和優(yōu)化。三、JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)自動(dòng)設(shè)計(jì)方法3.1自動(dòng)設(shè)計(jì)的需求分析與目標(biāo)設(shè)定3.1.1自動(dòng)設(shè)計(jì)的需求分析在現(xiàn)代芯片設(shè)計(jì)流程中，芯片測(cè)試是確保芯片質(zhì)量和性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)作為重要的測(cè)試手段，其設(shè)計(jì)的效率和準(zhǔn)確性直接影響著芯片的研發(fā)周期和生產(chǎn)成本。從效率需求來(lái)看，隨著芯片集成度的不斷提高，設(shè)計(jì)規(guī)模呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。例如，一款先進(jìn)的片上系統(tǒng)（SoC）可能包含數(shù)十億個(gè)晶體管和數(shù)百個(gè)功能模塊，傳統(tǒng)的手動(dòng)設(shè)計(jì)JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)的方式需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和人力。在手動(dòng)設(shè)計(jì)JTAG測(cè)試架構(gòu)時(shí)，工程師需要逐個(gè)確定邊界掃描單元的位置和連接方式，對(duì)于大規(guī)模芯片，這一過(guò)程可能需要數(shù)周甚至數(shù)月的時(shí)間。而自動(dòng)設(shè)計(jì)能夠通過(guò)算法和工具快速生成測(cè)試架構(gòu)，大大縮短設(shè)計(jì)周期。根據(jù)相關(guān)研究和實(shí)際案例，采用自動(dòng)設(shè)計(jì)工具后，JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)間能夠縮短50%以上，顯著提高了芯片測(cè)試的準(zhǔn)備效率，使芯片能夠更快地進(jìn)入測(cè)試和驗(yàn)證階段。準(zhǔn)確性也是自動(dòng)設(shè)計(jì)的重要需求。手動(dòng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于人為因素的影響，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，如邊界掃描單元連接錯(cuò)誤、測(cè)試鏈路布局不合理等。這些錯(cuò)誤可能導(dǎo)致測(cè)試覆蓋率降低，無(wú)法準(zhǔn)確檢測(cè)出芯片中的故障。自動(dòng)設(shè)計(jì)工具通過(guò)嚴(yán)格的算法和規(guī)則檢查，能夠避免人為錯(cuò)誤，確保測(cè)試架構(gòu)的準(zhǔn)確性。以IJTAG測(cè)試架構(gòu)的自動(dòng)設(shè)計(jì)為例，工具可以根據(jù)ICL和PDL語(yǔ)言的規(guī)范，自動(dòng)生成正確的儀器連接關(guān)系和測(cè)試流程，保證測(cè)試過(guò)程的準(zhǔn)確性和可靠性。隨著芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，新型芯片結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)，如三維集成電路（3D-IC）和片上網(wǎng)絡(luò)（NoC）等。這些新型芯片結(jié)構(gòu)對(duì)JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)的設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)，需要自動(dòng)設(shè)計(jì)工具能夠適應(yīng)不同的芯片結(jié)構(gòu)和測(cè)試需求。在3D-IC中，由于芯片堆疊層數(shù)增加，信號(hào)傳輸路徑復(fù)雜，自動(dòng)設(shè)計(jì)工具需要能夠優(yōu)化測(cè)試鏈路的布局，確保信號(hào)的穩(wěn)定傳輸和高效測(cè)試。芯片設(shè)計(jì)過(guò)程中通常需要遵循一系列標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，如IEEE1149.1和IEEE1687標(biāo)準(zhǔn)等。自動(dòng)設(shè)計(jì)工具應(yīng)能夠確保生成的JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)符合這些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，避免因設(shè)計(jì)不符合標(biāo)準(zhǔn)而導(dǎo)致的兼容性問(wèn)題和測(cè)試失敗。在實(shí)際的芯片設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，不同的芯片設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可能有不同的設(shè)計(jì)習(xí)慣和流程。自動(dòng)設(shè)計(jì)工具需要具備良好的可定制性，能夠根據(jù)團(tuán)隊(duì)的需求進(jìn)行靈活配置，適應(yīng)不同的設(shè)計(jì)環(huán)境。3.1.2自動(dòng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)設(shè)定縮短設(shè)計(jì)周期是自動(dòng)設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)之一。通過(guò)自動(dòng)化的設(shè)計(jì)流程，利用高效的算法和工具，減少人工干預(yù)，能夠顯著縮短JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)間。以一款包含多個(gè)IP核的復(fù)雜芯片為例，傳統(tǒng)手動(dòng)設(shè)計(jì)可能需要數(shù)周時(shí)間，而采用自動(dòng)設(shè)計(jì)工具后，設(shè)計(jì)周期可縮短至數(shù)天甚至更短。這使得芯片能夠更快地進(jìn)入測(cè)試階段，加快芯片的研發(fā)進(jìn)程，滿足市場(chǎng)對(duì)芯片快速上市的需求。提高測(cè)試覆蓋率是自動(dòng)設(shè)計(jì)的另一個(gè)重要目標(biāo)。自動(dòng)設(shè)計(jì)工具能夠通過(guò)優(yōu)化測(cè)試架構(gòu)，確保測(cè)試向量能夠覆蓋芯片的各個(gè)功能模塊和信號(hào)路徑，從而提高測(cè)試的全面性和準(zhǔn)確性。在JTAG測(cè)試架構(gòu)中，自動(dòng)設(shè)計(jì)工具可以根據(jù)芯片的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)，智能地選擇邊界掃描單元的位置和連接方式，提高對(duì)芯片內(nèi)部邏輯的測(cè)試覆蓋率。對(duì)于IJTAG測(cè)試架構(gòu)，自動(dòng)設(shè)計(jì)工具可以根據(jù)嵌入式儀器的分布和測(cè)試需求，優(yōu)化掃描互連塊的連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)儀器的有效測(cè)試，提高芯片內(nèi)部測(cè)試的覆蓋率。降低設(shè)計(jì)成本也是自動(dòng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵目標(biāo)之一。自動(dòng)設(shè)計(jì)減少了人工設(shè)計(jì)所需的人力和時(shí)間成本，同時(shí)通過(guò)提高測(cè)試覆蓋率，能夠更早地發(fā)現(xiàn)芯片中的故障，減少因芯片故障導(dǎo)致的生產(chǎn)損失。在大規(guī)模芯片生產(chǎn)中，一個(gè)芯片故障可能導(dǎo)致整個(gè)批次的產(chǎn)品報(bào)廢，而通過(guò)自動(dòng)設(shè)計(jì)提高測(cè)試覆蓋率，能夠有效降低這種風(fēng)險(xiǎn)，降低生產(chǎn)成本。提高測(cè)試架構(gòu)的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性是自動(dòng)設(shè)計(jì)的長(zhǎng)期目標(biāo)。隨著芯片技術(shù)的不斷發(fā)展和芯片功能的不斷升級(jí)，測(cè)試架構(gòu)需要具備良好的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性，以便能夠適應(yīng)未來(lái)的變化。自動(dòng)設(shè)計(jì)工具通過(guò)采用標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)流程和模塊化的設(shè)計(jì)方法，使得測(cè)試架構(gòu)易于維護(hù)和擴(kuò)展。當(dāng)芯片需要增加新的功能模塊或嵌入式儀器時(shí)，自動(dòng)設(shè)計(jì)工具能夠快速調(diào)整測(cè)試架構(gòu)，滿足新的測(cè)試需求。三、JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)自動(dòng)設(shè)計(jì)方法3.2基于算法的自動(dòng)設(shè)計(jì)策略3.2.1遺傳算法在JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用遺傳算法是一種模擬自然界生物進(jìn)化過(guò)程的優(yōu)化算法，其核心思想源于達(dá)爾文的進(jìn)化論，通過(guò)模擬遺傳、變異、選擇等生物進(jìn)化過(guò)程，在解空間中搜索最優(yōu)解。該算法的基本流程如下：首先，初始化一個(gè)包含多個(gè)個(gè)體的種群，每個(gè)個(gè)體代表問(wèn)題的一個(gè)潛在解，在JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)設(shè)計(jì)中，個(gè)體可以表示為不同的測(cè)試架構(gòu)方案。接著，計(jì)算每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度值，適應(yīng)度函數(shù)用于評(píng)估個(gè)體在解決問(wèn)題時(shí)的優(yōu)劣程度。在JTAG測(cè)試架構(gòu)設(shè)計(jì)中，適應(yīng)度函數(shù)可以根據(jù)測(cè)試覆蓋率、測(cè)試時(shí)間、硬件資源消耗等指標(biāo)來(lái)定義。例如，測(cè)試覆蓋率越高、測(cè)試時(shí)間越短、硬件資源消耗越少，個(gè)體的適應(yīng)度值就越高。在一個(gè)包含多個(gè)芯片的JTAG測(cè)試架構(gòu)設(shè)計(jì)中，適應(yīng)度函數(shù)可以綜合考慮每個(gè)芯片的測(cè)試覆蓋率以及整個(gè)測(cè)試鏈路的傳輸延遲，以評(píng)估不同測(cè)試架構(gòu)方案的優(yōu)劣。然后，基于適應(yīng)度值進(jìn)行選擇操作，選擇適應(yīng)度較高的個(gè)體作為父代，以增加優(yōu)良基因在種群中的傳播。常見(jiàn)的選擇方法包括輪盤賭選擇、錦標(biāo)賽選擇等。輪盤賭選擇方法根據(jù)個(gè)體的適應(yīng)度值占總適應(yīng)度值的比例來(lái)確定每個(gè)個(gè)體被選中的概率，適應(yīng)度值越高的個(gè)體被選中的概率越大。對(duì)選中的父代個(gè)體進(jìn)行交叉和變異操作，產(chǎn)生新的子代個(gè)體。交叉操作模擬生物的交配過(guò)程，將兩個(gè)父代個(gè)體的部分基因進(jìn)行交換，生成新的個(gè)體。變異操作則是對(duì)個(gè)體的基因進(jìn)行隨機(jī)改變，以增加種群的多樣性，避免算法陷入局部最優(yōu)解。在JTAG測(cè)試架構(gòu)設(shè)計(jì)中，交叉操作可以將不同測(cè)試架構(gòu)方案中的邊界掃描鏈布局進(jìn)行交換，變異操作可以隨機(jī)調(diào)整邊界掃描單元的連接方式。重復(fù)上述計(jì)算適應(yīng)度、選擇、交叉和變異的過(guò)程，直到滿足終止條件，如達(dá)到預(yù)定的迭代次數(shù)或適應(yīng)度值不再變化等。此時(shí)，種群中適應(yīng)度最高的個(gè)體即為問(wèn)題的近似最優(yōu)解。在JTAG測(cè)試架構(gòu)設(shè)計(jì)中，遺傳算法可用于優(yōu)化掃描鏈布局。傳統(tǒng)的JTAG掃描鏈布局往往采用簡(jiǎn)單的順序連接方式，這種方式在面對(duì)大規(guī)模芯片時(shí)，可能導(dǎo)致測(cè)試時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、測(cè)試覆蓋率不足等問(wèn)題。利用遺傳算法，可以根據(jù)芯片的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)，自動(dòng)搜索最優(yōu)的掃描鏈布局方案。通過(guò)將掃描鏈布局表示為染色體，以測(cè)試覆蓋率和測(cè)試時(shí)間為適應(yīng)度函數(shù)，遺傳算法能夠在眾多可能的布局方案中，找到使測(cè)試覆蓋率最大化且測(cè)試時(shí)間最小化的布局。在IJTAG測(cè)試架構(gòu)設(shè)計(jì)中，遺傳算法可用于指令集生成。IJTAG的指令集設(shè)計(jì)需要考慮多種因素，如嵌入式儀器的類型、數(shù)量、測(cè)試需求等。遺傳算法可以通過(guò)對(duì)不同指令組合的模擬和評(píng)估，生成最適合IJTAG測(cè)試架構(gòu)的指令集。將指令集表示為染色體，以指令集的執(zhí)行效率、對(duì)嵌入式儀器的支持程度等為適應(yīng)度函數(shù)，遺傳算法能夠不斷優(yōu)化指令集，提高IJTAG測(cè)試架構(gòu)的測(cè)試效率和準(zhǔn)確性。3.2.2模擬退火算法在測(cè)試架構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用模擬退火算法是一種基于蒙特卡洛思想設(shè)計(jì)的近似求解最優(yōu)化問(wèn)題的方法，其靈感來(lái)源于物理退火過(guò)程。在物理退火中，將固體加溫至充分高，再讓其徐徐冷卻，加溫時(shí)，固體內(nèi)部粒子隨溫升變?yōu)闊o(wú)序狀，內(nèi)能增大，而徐徐冷卻時(shí)粒子漸趨有序，在每個(gè)溫度都達(dá)到平衡態(tài)，最后在常溫時(shí)達(dá)到基態(tài)，內(nèi)能減為最小。模擬退火算法模擬了這一過(guò)程，在解空間中進(jìn)行搜索，以尋找最優(yōu)解。該算法的基本原理如下：首先，初始化一個(gè)初始解和一個(gè)較高的初始溫度。初始解可以是一個(gè)隨機(jī)生成的測(cè)試架構(gòu)方案，初始溫度則決定了算法在搜索過(guò)程中接受較差解的概率。在每一個(gè)溫度下，算法從當(dāng)前解出發(fā)，通過(guò)一定的鄰域搜索策略生成一個(gè)新解。計(jì)算新解與當(dāng)前解的目標(biāo)函數(shù)值之差。如果新解的目標(biāo)函數(shù)值優(yōu)于當(dāng)前解（即差值小于0），則接受新解作為當(dāng)前解；如果新解的目標(biāo)函數(shù)值比當(dāng)前解差（即差值大于0），則以一定的概率接受新解，這個(gè)概率與溫度和差值有關(guān)，通常使用Metropolis準(zhǔn)則來(lái)計(jì)算接受概率，即接受概率為，其中為當(dāng)前溫度，為目標(biāo)函數(shù)值之差。隨著搜索的進(jìn)行，逐漸降低溫度，降低的方式通常采用一定的降溫策略，如指數(shù)降溫、線性降溫等。在低溫下，算法更傾向于接受較好的解，從而使搜索逐漸收斂到最優(yōu)解。當(dāng)溫度降低到一定程度，或者滿足其他終止條件時(shí)，算法停止，此時(shí)得到的當(dāng)前解即為近似最優(yōu)解。在JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)設(shè)計(jì)中，模擬退火算法可用于解決復(fù)雜問(wèn)題，如測(cè)試鏈路的優(yōu)化。在JTAG測(cè)試架構(gòu)中，測(cè)試鏈路的布局會(huì)影響測(cè)試效率和測(cè)試覆蓋率。傳統(tǒng)的測(cè)試鏈路布局方法可能無(wú)法充分考慮芯片的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和信號(hào)傳輸特性。模擬退火算法可以通過(guò)不斷調(diào)整測(cè)試鏈路的連接方式，尋找最優(yōu)的布局方案。在一個(gè)包含多個(gè)功能模塊的芯片中，模擬退火算法可以從初始的測(cè)試鏈路布局開(kāi)始，隨機(jī)改變鏈路的連接方式，計(jì)算每次改變后的測(cè)試覆蓋率和測(cè)試時(shí)間等指標(biāo)，根據(jù)Metropolis準(zhǔn)則決定是否接受新的布局。隨著溫度的降低，算法逐漸收斂到一個(gè)較優(yōu)的測(cè)試鏈路布局，提高測(cè)試效率和測(cè)試覆蓋率。在IJTAG測(cè)試架構(gòu)中，模擬退火算法可用于優(yōu)化掃描互連塊（SIB）的連接。SIB的連接方式直接影響到嵌入式儀器的訪問(wèn)效率和測(cè)試性能。模擬退火算法可以通過(guò)對(duì)SIB連接的不斷調(diào)整，尋找最優(yōu)的連接方案。將SIB的連接方式表示為解空間中的一個(gè)點(diǎn)，以嵌入式儀器的訪問(wèn)效率和測(cè)試時(shí)間為目標(biāo)函數(shù)，模擬退火算法在解空間中進(jìn)行搜索。在高溫時(shí)，算法可以接受較差的連接方案，以擴(kuò)大搜索范圍；隨著溫度降低，算法逐漸接受更優(yōu)的連接方案，最終得到一個(gè)優(yōu)化的SIB連接方式，提高IJTAG測(cè)試架構(gòu)的性能。3.3基于工具的自動(dòng)設(shè)計(jì)流程3.3.1常用的JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)設(shè)計(jì)工具介紹在JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)的自動(dòng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，有多種專業(yè)工具可供使用，這些工具各自具備獨(dú)特的功能、特點(diǎn)和適用場(chǎng)景。Tessent是西門子EDA公司推出的一款功能強(qiáng)大的測(cè)試解決方案工具，在JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛。Tessent基于IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)（即JTAG標(biāo)準(zhǔn)）和IEEE1687標(biāo)準(zhǔn)（即IJTAG標(biāo)準(zhǔn)）開(kāi)發(fā)，為工程師提供了全面的測(cè)試功能。在JTAG測(cè)試架構(gòu)設(shè)計(jì)方面，Tessent支持邊界掃描測(cè)試，能夠自動(dòng)生成邊界掃描鏈，優(yōu)化測(cè)試鏈路布局，提高測(cè)試覆蓋率。通過(guò)其強(qiáng)大的算法，Tessent可以根據(jù)芯片的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)，智能地選擇邊界掃描單元的位置和連接方式，確保測(cè)試向量能夠覆蓋芯片的各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。在一個(gè)包含多個(gè)功能模塊的芯片中，Tessent可以分析模塊之間的信號(hào)連接關(guān)系，自動(dòng)生成最優(yōu)的邊界掃描鏈，減少測(cè)試時(shí)間和成本。在IJTAG測(cè)試架構(gòu)設(shè)計(jì)方面，Tessent支持基于IJTAG的嵌入式儀器測(cè)試。它能夠根據(jù)芯片中嵌入式儀器的配置和測(cè)試需求，自動(dòng)生成高效的IJTAG測(cè)試架構(gòu)。Tessent提供了豐富的元件連接語(yǔ)言（ICL）和過(guò)程描述語(yǔ)言（PDL）支持，工程師可以通過(guò)編寫ICL文件定義儀器之間的連接關(guān)系，利用PDL編寫測(cè)試腳本，實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式儀器的靈活訪問(wèn)和控制。Tessent還具備強(qiáng)大的測(cè)試數(shù)據(jù)分析功能，能夠?qū)y(cè)試結(jié)果進(jìn)行深入分析，幫助工程師快速定位和解決測(cè)試中出現(xiàn)的問(wèn)題。XJTAG是由劍橋大學(xué)畢業(yè)生設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一套系統(tǒng)，包括JTAG調(diào)試器硬件和上位機(jī)軟件。其上位機(jī)軟件功能強(qiáng)大，在JTAG測(cè)試架構(gòu)設(shè)計(jì)中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。XJTAG支持最多4個(gè)TAP接口，TCK最高可達(dá)166MHz，能夠滿足高速測(cè)試的需求。JTAG信號(hào)電壓可在1.1-3.3v之間以0.1v步進(jìn)進(jìn)行配置，適應(yīng)不同芯片的電壓要求。所有IO管腳都內(nèi)置了電壓測(cè)量和頻率測(cè)量功能，方便工程師對(duì)測(cè)試信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析。XJTAG還提供了開(kāi)放的DLLAPI接口，便于用戶進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)和定制化應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于一些對(duì)測(cè)試靈活性和擴(kuò)展性要求較高的項(xiàng)目，開(kāi)發(fā)人員可以利用XJTAG的API接口，將其與其他測(cè)試工具或自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的測(cè)試功能。例如，在一個(gè)大型的芯片測(cè)試項(xiàng)目中，開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)XJTAG的API接口，將其與自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備（ATE）進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)芯片的并行測(cè)試，提高測(cè)試效率。TopJTAG是一款小巧簡(jiǎn)潔的邊界掃描測(cè)試軟件，適用于簡(jiǎn)單的JTAG測(cè)試場(chǎng)景。它可以基于常用的仿真器，如J-Link、USB-Blaster等，配合TopJTAGProbe軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)邊界掃描測(cè)試。TopJTAG界面簡(jiǎn)潔，使用簡(jiǎn)單，對(duì)于初學(xué)者或只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單邊界掃描測(cè)試的用戶來(lái)說(shuō)，是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。在實(shí)際使用中，用戶可以通過(guò)TopJTAG輕松實(shí)現(xiàn)IO的讀取、控制、波形的顯示、脈沖的計(jì)數(shù)等基本功能。例如，在對(duì)一個(gè)小型芯片進(jìn)行簡(jiǎn)單的引腳連接測(cè)試時(shí)，用戶可以使用TopJTAG快速搭建測(cè)試環(huán)境，讀取芯片引腳的狀態(tài)，判斷引腳連接是否正確。TopJTAG還提供了對(duì)芯片外置的CFIFlash進(jìn)行編程和讀取的功能，方便用戶對(duì)芯片的存儲(chǔ)進(jìn)行測(cè)試和操作。3.3.2工具輔助下的自動(dòng)設(shè)計(jì)流程詳解以Tessent工具為例，其自動(dòng)設(shè)計(jì)JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)的流程涵蓋多個(gè)關(guān)鍵步驟，從測(cè)試需求的輸入到最終測(cè)試架構(gòu)的生成，每個(gè)環(huán)節(jié)都緊密相連，確保設(shè)計(jì)的高效性和準(zhǔn)確性。在測(cè)試需求輸入階段，工程師首先要明確芯片的功能和結(jié)構(gòu)信息。對(duì)于JTAG測(cè)試架構(gòu)設(shè)計(jì)，需要了解芯片的引腳數(shù)量、功能以及芯片內(nèi)部邏輯電路的布局等信息。在設(shè)計(jì)一個(gè)微控制器芯片的JTAG測(cè)試架構(gòu)時(shí)，工程師要確定芯片的輸入輸出引腳、控制引腳等，以及芯片內(nèi)部各個(gè)功能模塊的連接關(guān)系。對(duì)于IJTAG測(cè)試架構(gòu)設(shè)計(jì)，除了芯片的基本信息外，還需要詳細(xì)了解芯片內(nèi)嵌入式儀器的類型、數(shù)量、位置以及它們之間的連接關(guān)系。在一個(gè)包含多個(gè)嵌入式儀器的芯片中，要明確每個(gè)儀器的功能、接口類型以及與其他儀器的通信方式。工程師還需根據(jù)芯片的測(cè)試要求，確定測(cè)試目標(biāo)和約束條件。測(cè)試目標(biāo)可能包括測(cè)試覆蓋率、測(cè)試時(shí)間、測(cè)試成本等。約束條件則可能涉及硬件資源限制，如芯片的引腳數(shù)量、內(nèi)部寄存器資源等。在某些芯片設(shè)計(jì)中，由于引腳資源有限，JTAG測(cè)試架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮如何在有限的引腳資源下實(shí)現(xiàn)高效的測(cè)試。在Tessent工具中，這些測(cè)試需求和信息通過(guò)特定的文件格式或用戶界面輸入到工具中。Tessent支持多種輸入方式，如通過(guò)讀取設(shè)計(jì)文件（如Verilog、VHDL文件）獲取芯片的結(jié)構(gòu)信息，通過(guò)用戶自定義的配置文件輸入測(cè)試目標(biāo)和約束條件。測(cè)試架構(gòu)生成階段，Tessent會(huì)根據(jù)輸入的測(cè)試需求和信息，運(yùn)用其內(nèi)置的算法和規(guī)則，自動(dòng)生成初步的測(cè)試架構(gòu)。在JTAG測(cè)試架構(gòu)生成過(guò)程中，Tessent首先會(huì)根據(jù)芯片的引腳和邏輯電路信息，確定邊界掃描單元的位置和連接方式。它會(huì)考慮如何優(yōu)化邊界掃描鏈的布局，以減少測(cè)試時(shí)間和提高測(cè)試覆蓋率。Tessent可能會(huì)采用貪心算法等策略，將緊密相關(guān)的引腳和邏輯電路分配到同一掃描鏈中，減少掃描鏈的長(zhǎng)度和信號(hào)傳輸延遲。對(duì)于IJTAG測(cè)試架構(gòu)，Tessent會(huì)根據(jù)嵌入式儀器的信息，生成掃描互連塊（SIB）和邊界訪問(wèn)點(diǎn)（BAP）的連接方案。它會(huì)利用ICL語(yǔ)言自動(dòng)生成描述儀器連接關(guān)系的文件，確定每個(gè)儀器與SIB的連接端口和通信協(xié)議。Tessent還會(huì)根據(jù)測(cè)試需求，生成相應(yīng)的PDL腳本，定義測(cè)試過(guò)程和操作序列。在生成初步測(cè)試架構(gòu)后，Tessent會(huì)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)于JTAG測(cè)試架構(gòu)，優(yōu)化過(guò)程可能包括掃描鏈的合并、分割和排序等操作，以進(jìn)一步提高測(cè)試效率和覆蓋率。在一個(gè)包含多個(gè)掃描鏈的JTAG測(cè)試架構(gòu)中，Tessent會(huì)分析掃描鏈之間的信號(hào)相關(guān)性，將一些可以合并的掃描鏈進(jìn)行合并，減少掃描鏈的數(shù)量，從而減少測(cè)試時(shí)間。對(duì)于IJTAG測(cè)試架構(gòu)，優(yōu)化過(guò)程可能包括SIB連接的調(diào)整、測(cè)試腳本的優(yōu)化等。Tessent會(huì)根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)的傳輸量和測(cè)試時(shí)間要求，優(yōu)化SIB的連接方式，確保測(cè)試數(shù)據(jù)能夠快速、準(zhǔn)確地傳輸。它還會(huì)對(duì)PDL腳本進(jìn)行優(yōu)化，減少不必要的操作步驟，提高測(cè)試效率。在測(cè)試架構(gòu)生成和優(yōu)化完成后，Tessent會(huì)對(duì)生成的測(cè)試架構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證過(guò)程包括檢查測(cè)試架構(gòu)是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，如IEEE1149.1和IEEE1687標(biāo)準(zhǔn)。Tessent會(huì)檢查JTAG測(cè)試架構(gòu)中邊界掃描單元的設(shè)計(jì)是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求，IJTAG測(cè)試架構(gòu)中ICL文件和PDL腳本的語(yǔ)法是否正確。Tessent還會(huì)進(jìn)行功能驗(yàn)證，模擬實(shí)際測(cè)試過(guò)程，檢查測(cè)試架構(gòu)是否能夠正確地實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能。在JTAG測(cè)試架構(gòu)驗(yàn)證中，Tessent會(huì)輸入測(cè)試向量，檢查測(cè)試結(jié)果是否與預(yù)期一致。對(duì)于IJTAG測(cè)試架構(gòu)，Tessent會(huì)運(yùn)行生成的PDL腳本，檢查嵌入式儀器的測(cè)試數(shù)據(jù)是否能夠準(zhǔn)確獲取和分析。如果驗(yàn)證過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，Tessent會(huì)給出相應(yīng)的提示和建議，工程師可以根據(jù)這些信息對(duì)測(cè)試架構(gòu)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，直到測(cè)試架構(gòu)通過(guò)驗(yàn)證。3.4自動(dòng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題及解決方案3.4.1測(cè)試資源分配問(wèn)題在JTAG和IJTAG測(cè)試架構(gòu)的自動(dòng)設(shè)計(jì)中，測(cè)試資源分配是一個(gè)關(guān)鍵且復(fù)雜的問(wèn)題。隨著芯片集成度的不斷提高，芯片內(nèi)部包含的功能模塊和嵌入式儀器數(shù)量日益增多，這使得測(cè)試資源的分配變得愈發(fā)困難。從資源種類來(lái)看，測(cè)試資源包括硬件資源和軟件資源。硬件資源如測(cè)試引腳、邊界掃描單元、掃描互連塊等，軟件資源如測(cè)試指令、測(cè)試向量、測(cè)試腳本等。在JTAG測(cè)試架構(gòu)中，邊界掃描單元的數(shù)量是有限的，如何將這些有限的邊界掃描單元合理分配到各個(gè)芯片引腳和功能模塊，以實(shí)現(xiàn)全面的測(cè)試覆蓋，是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。在IJTAG測(cè)試架構(gòu)中，掃描互連塊的連接資源也是有限的，如何在眾多嵌入式儀器中合理分配這些連接資源，確保每個(gè)儀器都能被有效訪問(wèn)和測(cè)試，同樣是一個(gè)挑戰(zhàn)。測(cè)試資源分配還受到芯片結(jié)構(gòu)和功能的影響。不同的芯片結(jié)構(gòu)和功能需求，對(duì)測(cè)試資源的分配方式也不同。在一個(gè)包含多個(gè)IP核的片上系統(tǒng)（SoC）中，每