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4 芯片故障测试步骤及诊断策略
4.1 测试总线的故障诊断流程
支持JTAG标准的芯片都附有特定的BSDL（boundary scan description language）描述文件[4]。BSDL语言是硬件描述语言（VHDL）的一个子集，它是该芯片的边界扫描特性的描述，用来沟通厂商、用户与测试工具之间的联系，为自动测试图形生成工具检测特定的电路板提供相关的信息；它在BSDL文件的支持下生成由JTAG标准定义的测试逻辑；BSDL文件可与软件工具结合用于测试生成、结果分析和故障诊断。
根据对xc9572 pc84芯片的BSDL部分文件[5]的分析：
……
attribute instruction_capture of xc9572_pc84:
entity is "000XXX01"&
attribute INSTRUCTION_DISABLE of xc9572_pc84 : entity is "HIGHZ" &
……
‘X’代表任意值，指令捕获属性字串“ 000XXX01”，这组代码是检验总线故障的重要依据。当TAP控制器处于Capture-IR状态时，位图形“000XXX01”被装入指令寄存器的移位寄存器部分。检测时首先移出正确的指令捕获数据，保证通过capture信号检测到扫描链上固定为“0”或者固定为 “1”的故障。
本故障诊断测试系统中，被测器件为两块 xc9572 pc84芯片组成的互连电路，其IR位数是16，输入测试码“FEFE00FF ”。为了进行故障诊断，需要移出16位固定的指令捕获属性代码，移出部分测试向量。根据给定的芯片、JTAG信号连接测试以及TAP控制器功能测试，实验中提出了一种算法：即从TDI外加测试码“1..10..0”以及各器件的IDCODE指令或BYPASS指令，其中 “1”的数目与“0”的数目相等，且与扫描链中最长的指令寄存器（IR）的位数相同。
根据上述故障分析，依据测试码，测试总线的故障诊断流程如图3所示。
4.2 测试步骤与诊断策略
由图3的测试流程可以发现和辨别大部分故障，但不能对故障作唯一的定位。从表1和表2中分析可知，若测试到TDO的输出全为 “1”，则可确定测试总线出现故障，但却无法具体地定位故障，为了区分产生相同故障结果的不同故障模型，需要在图3的基础上进行子级测试 [6]。
⑴ 区分TDI-TMS与TDI s-a-0
仔细跟踪测试码“FEFE00FF”在TDI-TMS 与TDI s-a-0这两种情况下移入IR的情况，可以发现最后一位“1” 移进时，TDI设置为“1”。如果TDI-TMS，由于此时TMS为“ 1”，又是“与”短路，所以“1”正常移入，但如果TDI s-a-0，则移入的代码为“0”，这是两种故障输入测试码的唯一区别。
⑵ 区分TMS-TCK与TCK s-a-0
这两种故障都会出现导致输出数据不稳定。 TCK s-a-0通常是与地短路，由于控制信号来源于下载电缆，驱动电流较大，所以TDO并不总是保持在高阻状态下，输出的结果不全为“1”。而TMS-TCK受脉冲边沿的影响往往出现数据结果是全“1”。综上所述，经多次测试（8～10次即可），如果数据振荡且出现全 “1”，诊断结果为TMS-TCK；如果数据振荡但不出现全“1 ”，诊断结果为TCK s-a-0。
⑶ 区分TDO-TCK、TDI-TCK、TDO s-a-1、TMS s-a-0和TMS s-a-1
这些故障出现测试结果为全“1”，主要是因为涉及状态转换的两条重要总线TCK和TMS出现故障，不能正常进入Shift-IR状态。但借助其它总线可以将故障定位。
测试步骤如下：连接TCK与TMS，再进行测试并重复多次，次数大于10次。如果采集的数据出现全“0“，则为TDO-TCK；如果数据既有“0”
又有“1”，则为TDI-TCK。连接TDO与TCK，重复测试多次，次数大于10次。如果数据为全“0”，则TMS s-a-0或TMS s-a-1，否则TDO s-a-1。
5 实验验证
根据上面总线故障测试生成步骤及诊断策略，结合测试图形生成程序，对本文测试系统中被测电路板进行总线测试，测试结果反馈PC机。测试向量和每一步测试结果都将保存在文件库中，便于查找数据并分析，以生成bus.svf文件。
SIR 32 TDI（fefe00ff）SMASK（ffffffff）TDO（00ff0101）MASK（00000303）；// 加载32位测试码。
SIR将32位TDI参数移入指令寄存器，随着指令的移位，JTAG2SVF保存TDO信号。
TDO：00ff0101；
MASK：00000303；
Expected output：xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xx01 xxxx xx01。
上述表达式中的“x”代表任意值。若期望输出（Expected output）中加下划线的数据和实际得到的TDO中相同位置处的数据（为方便说明，亦用下划线突出标示）完全一致，则代表被测电路板上没有出现本条指令可以检测到的故障，否则表明有故障存在。对于本条指令，实际测试结果为
The TDI is：fefe00ff；
The Captured TDO is：00ff0101；
0000 0000 1111 1111 0000 0001 0000 0001。
下划线处的“01”是TAP控制器在对指令进行移位前，经过capture-IR状态指令寄存器捕获的最低两位数据值，能正确移出这两位数据的说明：芯片IC1与IC2之间的TCK，TMS，TDI和TDO连接是正确的，且指令寄存器能正常工作。
采用人工注入故障的方法，将TDI与TDO桥接，构成TDI ——TDO故障，由于验证系统的软件SVF2JTAG在每执行一条测试向量后，会根据SVF文件中的MASK值，来确定是否比较预期TDO和实际TDO，如果比较结果不对，将停止测试过程。因此，为在有故障的情况下完成整个测试过程，需要修改SVF文件，将MASK置全 “0”，以保存所有的实际TDO。修改的svf文件如下：
SIR 32 TDI（fefe00ff）SMASK（ffffffff） TDO（00ff0101）MASK（00000000）; // 加载32位测试码
The Captured TDO is: 01010101; 0000 0001 0000 0001 0000 0001 0000 0001;
比较本测试结果与无故障时测试结果，发现第二条实际TDO的关键位变成了“0101”（相应的二进制位为 “0000 0001 0000 0001”）。正是由于TDI与TDO桥接，使接收端TDO引脚无法接收实际的测试码，只能捕获指令寄存器中原有的属性字符串，因此产生了错误的测试结果。
6 结束语
在该测试系统上利用设计的测试码和测试步骤，经软件编程可快速、准确的将总线可能出现的14个故障进行定位，准确度高达1-1/2 20≥99.9%，测试时间不超过1s，故这种高效率的方法亦可用于MCM电路板的测试。由于这种技术借助于计算机程序来检查电路和/或连线的故障，所以非常适合于那些要求可靠性高，且及时检测、定位出故障的VLSI产业链的芯片测试场合。 |
