趙婧++張紹慶

摘要：利用FPGA產(chǎn)生各種測(cè)試激勵(lì)信號(hào)，運(yùn)用邊界掃描測(cè)試原理和ScanWorks軟件工具成功搭建通用性雷達(dá)自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)，經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)加載技術(shù)和邊界掃描技術(shù)提升了被測(cè)件的測(cè)試覆蓋率。本自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)具有良好的通用性，被測(cè)件通過(guò)檢測(cè)，測(cè)試覆蓋率高達(dá)95% 以上。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜邏輯器件；邊界掃描；ScanWorks；Macro語(yǔ)言

中圖分類號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）02-0077-02

1 系統(tǒng)工作原理

由于要確保被測(cè)件在測(cè)試時(shí)不能變更自身軟件、固件技術(shù)狀態(tài)，非原理測(cè)試設(shè)備在提供歸一化人機(jī)界面的情況下如何避免在一個(gè)操作系統(tǒng)中同時(shí)運(yùn)行多個(gè)應(yīng)用軟件并保持測(cè)試時(shí)被測(cè)件狀態(tài)都是需要解決的問(wèn)題；開(kāi)發(fā)一套與實(shí)際故障一一對(duì)應(yīng)的故障模擬操作系統(tǒng)，以嵌入方式集成在系統(tǒng)軟件中。為了不更改加載芯片的內(nèi)容，保證被測(cè)件狀態(tài)不變得情況下，我們采用芯片動(dòng)態(tài)加載技術(shù)，測(cè)試前將測(cè)試計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)的對(duì)應(yīng)被測(cè)件FPGA的的固件測(cè)試軟件進(jìn)行加載，所加載的固件內(nèi)容一次有效。再次重新上電后，加載芯片會(huì)按照原技術(shù)狀態(tài)對(duì)FPGA 進(jìn)行加載，這樣可確保被測(cè)件的固件技術(shù)狀態(tài)的一致有效性。

由于雷達(dá)插件在信號(hào)形式上是多元化的，采用不同的元器件導(dǎo)致在設(shè)計(jì)非原理性自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)時(shí)存在了兩種方式：一種是完成對(duì)不具備JTAG接口插件的專用測(cè)試設(shè)備，它是利用被測(cè)件自身的電路原理，加載自主設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)專用測(cè)試軟件而非雷達(dá)工作軟件，測(cè)試臺(tái)的軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件、維護(hù)軟件，系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)和實(shí)現(xiàn)測(cè)試任務(wù)的應(yīng)用主程序，維護(hù)軟件是指自檢軟件；第二種是對(duì)具有JTAG鏈接口的插件板進(jìn)行的邊界掃描測(cè)試；為同時(shí)完成兩種測(cè)試采用了一種一體化顯示控制設(shè)備，擁有友好的人機(jī)界面和方面的操作規(guī)程，顯控計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向?qū)Ｓ脺y(cè)試臺(tái)和邊界掃描測(cè)試臺(tái)發(fā)送各種干預(yù)指令，并接收測(cè)試結(jié)果進(jìn)行打印或保存。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

測(cè)試臺(tái)主要由一個(gè)機(jī)柜、專用測(cè)試分機(jī)、邊界掃描測(cè)試分機(jī)、操縱臺(tái)、顯控主機(jī)、顯示器、鍵盤(pán)和鼠標(biāo)、測(cè)試電纜等組成。

2.1 專用測(cè)試

由于雷達(dá)設(shè)備使用的元器件涉及數(shù)字電路、模擬電路、微波電路等多種類型的電路， 對(duì)于雷達(dá)有部分不具有JTAG接口，利用邊界掃描技術(shù)測(cè)試方法得到的測(cè)試覆蓋率過(guò)低的數(shù)字插件，我們根據(jù)插件工作原理，設(shè)計(jì)能產(chǎn)生測(cè)試觸發(fā)激勵(lì)信號(hào)，同時(shí)能對(duì)被測(cè)件上的電路加載測(cè)試軟件的測(cè)試平臺(tái)，當(dāng)被測(cè)插件形成響應(yīng)信息后，反饋回測(cè)試臺(tái)進(jìn)行比對(duì)和處理，可對(duì)信號(hào)通道進(jìn)行故障定位，再經(jīng)人工輔助判斷，可定位到元器件。

專用測(cè)試臺(tái)主要包括控制系統(tǒng)、產(chǎn)生觸發(fā)激勵(lì)等模擬信號(hào)的時(shí)序檢測(cè)、接口等設(shè)備，由測(cè)試計(jì)算機(jī)（自制件）、專用測(cè)試背板、一體化顯示控制計(jì)算機(jī)一起構(gòu)建成一套專用測(cè)試系統(tǒng)，其中一體化顯示控制計(jì)算機(jī)對(duì)專用測(cè)試分機(jī)及邊掃測(cè)試分機(jī)進(jìn)行人工干預(yù)并發(fā)送控制命令及故障信息的處理顯示和存儲(chǔ)。

專用測(cè)試臺(tái)通過(guò)顯控計(jì)算機(jī)的界面人工干預(yù)等操作，將測(cè)試指令通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給測(cè)試計(jì)算機(jī)，測(cè)試計(jì)算機(jī)利用計(jì)算機(jī)總線去控制測(cè)試背板上的FPGA，產(chǎn)生各種測(cè)試用的觸發(fā)激勵(lì)等信號(hào)，按照測(cè)試流程依次對(duì)被測(cè)件上的對(duì)晶振、A/D、I/O、RAM、FIFO、打印并口等電路進(jìn)行測(cè)試，形成的響應(yīng)信號(hào)回送到測(cè)試背板上的FPGA內(nèi)，再通過(guò)計(jì)算機(jī)總線將這些響應(yīng)信息送入測(cè)試計(jì)算機(jī)進(jìn)行采集和處理，最后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)回送給顯控計(jì)算機(jī)按照?qǐng)?bào)表方式進(jìn)行處理、顯示、存儲(chǔ)，測(cè)試人員利用測(cè)試結(jié)果信息對(duì)故障進(jìn)行分析并最終進(jìn)行故障定位。工作原理流程圖如圖1。

2.2 邊界掃描測(cè)試

對(duì)于雷達(dá)其它具有JTAG接口的數(shù)字插件，利用美國(guó)ASSET公司開(kāi)發(fā)的ScanWorks邊界掃描測(cè)試工具，可提供完整的板級(jí)測(cè)試方案，通過(guò)在FPGA管腳和FPGA內(nèi)部邏輯電路之間增加邊界掃描單元（移位寄存器單元），提供生成測(cè)試向量以實(shí)現(xiàn)對(duì)FPGA管腳狀態(tài)的故障診斷。系統(tǒng)包括測(cè)試計(jì)算機(jī)、測(cè)試背板、JTAG模塊插件三個(gè)部分，如圖1的測(cè)試分機(jī)2。它能測(cè)試集成電路芯片管腳的開(kāi)路及短路故障狀態(tài)，又能測(cè)試芯片內(nèi)部工作情況。

（1）測(cè)試計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向測(cè)試背板發(fā)送控制命令并讀取測(cè)試結(jié)果。

（2）測(cè)試背板包括JTAG 多路控制器、電平轉(zhuǎn)換電路及FPGA。由于不同數(shù)字插件的接口定義不一樣，所以需要將各種接口進(jìn)行分類和統(tǒng)計(jì)，由FPGA產(chǎn)生各被測(cè)件接口電路所需的測(cè)試觸發(fā)信號(hào)和測(cè)試數(shù)據(jù)同時(shí)FPGA還要對(duì)被測(cè)件的測(cè)試輸出進(jìn)行檢測(cè)。被測(cè)件可能具備多個(gè)獨(dú)立的邊界掃描鏈，JTAG 多路控制器需要提供多個(gè)總線測(cè)試端口，產(chǎn)生符合JTAG 標(biāo)準(zhǔn)的JTAG 測(cè)試信號(hào)。電平轉(zhuǎn)換電路負(fù)責(zé)測(cè)試背板和被測(cè)件電路之間的電平轉(zhuǎn)換。

（3）JTAG模塊插件的主要功能是將被測(cè)插件接口管腳轉(zhuǎn)接至測(cè)試背板上FPGA的邊界掃描單元，可使測(cè)試計(jì)算機(jī)同時(shí)控制被測(cè)件及測(cè)試背板上的JTAG鏈，發(fā)送測(cè)試向量，并接收測(cè)試結(jié)果，從而得到被測(cè)件上的故障信息。邊界掃描測(cè)試系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

對(duì)于測(cè)試計(jì)算機(jī)中邊界掃描測(cè)試軟件平臺(tái)，首先應(yīng)建立被測(cè)件的測(cè)試工程，不同的被測(cè)件，其建立的工程是不同的。邊界掃描的測(cè)試工程根據(jù)測(cè)試內(nèi)容順序建立各級(jí)文件，其中包括：

（1）掃描鏈路完整性測(cè)試：首先添加被測(cè)件原理圖網(wǎng)絡(luò)表文件和廠家自帶邊掃器件的BSDL文件進(jìn)行分析后，生成測(cè)試向量進(jìn)行邊掃器件掃描鏈完整性測(cè)試，邊掃器件完整性測(cè)試是邊界掃描所有測(cè)試的基礎(chǔ)，只有當(dāng)完整性測(cè)試無(wú)故障后，說(shuō)明當(dāng)前的邊界掃描鏈路正常，才可以選擇互連測(cè)試和其他功能性測(cè)試類型進(jìn)行測(cè)試。

（2）互連測(cè)試：通過(guò)器件連接文件對(duì)被測(cè)插件中所有與邊掃器件互連器件之間的故障檢測(cè)，互連測(cè)試是整個(gè)邊界掃描測(cè)試工程的重點(diǎn)，通過(guò)執(zhí)行互連測(cè)試，可以準(zhǔn)確的測(cè)試出電路板芯片之間的各個(gè)故障（主要包括開(kāi)路故障、短路故障、固定邏輯故障等等），而互聯(lián)測(cè)試對(duì)器件連接文件的設(shè)計(jì)要求比較高，為提高測(cè)試覆蓋率，可以通過(guò)修改腳本語(yǔ)言的自定義測(cè)試方法，這種方法針對(duì)LED、數(shù)碼管等簡(jiǎn)單功能測(cè)試非常有效。

2.3 簇測(cè)試

通過(guò)MACRO測(cè)試文件對(duì)掃描結(jié)構(gòu)間比如LVDS差分傳輸、光纖傳輸、特殊類型存儲(chǔ)器等非邊界掃描器 件進(jìn)行的功能測(cè)試。數(shù)字插件上互聯(lián)測(cè)試無(wú)法測(cè)試的與邊掃器件沒(méi)有直接相連的器件，可以通過(guò)編寫(xiě)MACRO文件，利用邊掃器件給非邊掃器件提供測(cè)試通道。它的原理是通過(guò)JTAG口，往邊掃器件的I/O口輸入一串測(cè)試向量數(shù)據(jù)，經(jīng)非邊掃器件輸出到邊掃器件中，這時(shí)ScanWorks軟件通過(guò)JTAG口讀取測(cè)試響應(yīng)信號(hào)，測(cè)試響應(yīng)向量與輸入的測(cè)試向量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，判斷被測(cè)的非邊掃器件是否符合邏輯功能，從而達(dá)到故障診斷的要求，以提高故障覆蓋率。

2.4 測(cè)試結(jié)果打印并保存

顯控計(jì)算機(jī)提供了一體化人機(jī)顯示界面，每次對(duì)數(shù)字插件測(cè)試完成后，可自動(dòng)生成故障信息報(bào)表，并支持存儲(chǔ)、打印等操作，故障信息報(bào)表包括測(cè)試時(shí)間、雷達(dá)型號(hào)、測(cè)試人員、被測(cè)件來(lái)源地點(diǎn)，以及測(cè)試結(jié)果等內(nèi)容。

3 結(jié)語(yǔ)

本自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)搭配相關(guān)軟件和已開(kāi)發(fā)的測(cè)試程序集已經(jīng)成功應(yīng)用于某型雷達(dá)數(shù)字插件的測(cè)試與維修，特別適合排除常見(jiàn)的細(xì)間距芯片和排阻管腳粘連及虛焊等肉眼難以發(fā)現(xiàn)的故障，測(cè)試覆蓋率可達(dá)到95%以上。同時(shí)該測(cè)試臺(tái)具有良好的通用性，對(duì)JTAG模塊的FPGA進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)就可滿足多種被測(cè)件的測(cè)試需求，實(shí)現(xiàn)低成本、高效率的測(cè)試系統(tǒng)。

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