Apparat ta'minotini sinovdan o'tkazish: Chegara skanerlash bo'yicha keng qamrovli qo'llanma (JTAG)

Elektronikaning doimiy rivojlanayotgan dunyosida apparat ta'minotining sifati va ishonchliligini ta'minlash juda muhimdir. O'chirish platasi zichligi oshishi va komponent o'lchamlari qisqarishi bilan an'anaviy sinov usullari tobora qiyinlashib, qimmatlashib bormoqda. Boundary Scan, shuningdek JTAG (Joint Test Action Group) sifatida ham tanilgan, murakkab elektron yig'ilishlarni sinovdan o'tkazish uchun kuchli va ko'p qirrali echimni taqdim etadi. Ushbu keng qamrovli qo'llanma Boundary Scan sinovining tamoyillari, afzalliklari, amalga oshirilishi va kelajakdagi tendentsiyalarini o'rganadi.

Boundary Scan (JTAG) nima?

Boundary Scan - bu bosilgan elektron platadagi (PCB) integral mikrosxemalar (IC) o'rtasidagi o'zaro bog'liqlikni fizik zondlarsiz sinovdan o'tkazishning standartlashtirilgan usuli. U IEEE 1149.1 standarti bilan belgilanadi, bu seriyali aloqa protokoli va arxitekturasini belgilaydi, bu esa maxsus test porti orqali IC ning ichki tugunlariga kirish imkonini beradi. Ushbu port odatda to'rtta yoki beshta signaldan iborat: TDI (Test Data In), TDO (Test Data Out), TCK (Test Clock), TMS (Test Mode Select) va ixtiyoriy TRST (Test Reset).

O'z mohiyatiga ko'ra, Boundary Scan IC larning kirish va chiqishlarida skanerlash xujayralarini joylashtirishni o'z ichiga oladi. Ushbu skanerlash xujayralari IC ning funktsional mantiqidan ma'lumotlarni olishi va uni test porti orqali chiqarishi mumkin. Aksincha, ma'lumotlarni test portidan skanerlash xujayralariga o'tkazish va funktsional mantiqqa qo'llash mumkin. Kiritilgan va chiqarilgan ma'lumotlarni boshqarish orqali muhandislar IC lar o'rtasidagi ulanishni sinovdan o'tkazishi, nosozliklarni aniqlashi va hatto qurilmalarni dasturlashi mumkin.

JTAG ning kelib chiqishi va evolyutsiyasi

1980-yillarda bosilgan elektron platalarning (PCB) va sirtga o'rnatish texnologiyasining (SMT) murakkablashishi an'anaviy "tirnoq yostig'i" sinovini tobora qiyinlashtirdi va qimmatlashtirdi. Natijada, PCB-larni sinovdan o'tkazish uchun standartlashtirilgan, tejamkor usulni ishlab chiqish uchun Qo'shma Test Harakat Guruhi (JTAG) tuzildi. Natija IEEE 1149.1 standarti bo'ldi, u 1990 yilda rasman ratifikatsiya qilingan.

O'shandan beri JTAG, asosan ishlab chiqarishga yo'naltirilgan sinov texnologiyasidan turli xil ilovalar uchun keng qo'llaniladigan echimga aylandi, jumladan:

Ishlab chiqarish testi: Qisqa tutashuv, ochiq tutashuv va noto'g'ri komponentlarni joylashtirish kabi ishlab chiqarish nuqsonlarini aniqlash.
Tizim ichidagi dasturlash (ISP): Flesh xotirani va boshqa dasturlashtiriladigan qurilmalarni PCB-ga yig'ilgandan keyin dasturlash.
Platani ishga tushirish va disk raskadrovka: Loyihalash va ishlab chiqish bosqichida apparat muammolarini aniqlash.
FPGA konfiguratsiyasi: FPGA-larni tashqi dasturchilarga ehtiyoj sezmasdan sozlash.
Xavfsizlik ilovalari: Qurilmalarni xavfsiz dasturlash va tekshirish, shuningdek xavfsizlik auditlarini o'tkazish.

Chegara skanerlash tizimining asosiy komponentlari

Chegara skanerlash tizimi odatda quyidagi komponentlardan iborat:

Chegara skanerlash bilan mos keladigan IC lar: IEEE 1149.1 standartini amalga oshiradigan va chegara skanerlash xujayralarini o'z ichiga olgan IC lar.
Testga kirish porti (TAP): Chegara skanerlash mantiqiga kirish uchun ishlatiladigan IC dagi jismoniy interfeys (TDI, TDO, TCK, TMS, TRST).
Testga kirish porti kontrolleri (TAP kontrolleri): Chegara skanerlash mantiqining ishlashini boshqaradigan IC ichidagi holat mashinasi.
Chegara skanerlash registri (BSR): Chegara skanerlash xujayralarini o'z ichiga olgan siljitish registri.
Test ma'lumotlari registrlari (TDRlar): Sinov paytida IC ga ma'lumotlarni kiritish va chiqarish uchun ishlatiladigan registrlar. Umumiy TDRlarga Bypass registri, Ko'rsatma registri va foydalanuvchi tomonidan belgilangan registrlar kiradi.
Chegara skanerlashni tavsiflash tili (BSDL) fayli: Pinout, skanerlash zanjiri tuzilishi va ko'rsatmalar to'plami, shu jumladan IC ning chegara skanerlash imkoniyatlarini tavsiflovchi matnli fayl. BSDL fayllari test vektorlarini yaratish uchun zarurdir.
Avtomatlashtirilgan test uskunalari (ATE): Sinov ostidagi qurilmaning (DUT) stimulyatsiyasini ta'minlaydigan va javobini o'lchaydigan tizim. ATE tizimlari odatda chegara skanerlash kontrollerlari va dasturiy ta'minotini o'z ichiga oladi.
Chegara skanerlash dasturiy ta'minoti: Test vektorlarini yaratish, chegara skanerlash apparatini boshqarish va test natijalarini tahlil qilish uchun ishlatiladigan dasturiy ta'minot.

Chegara skanerlash sinovining afzalliklari

Chegara skanerlashi an'anaviy sinov usullariga nisbatan ko'plab afzalliklarni taklif etadi:

Test qamrovining yaxshilanishi: Chegara skanerlash PCB dagi tugunlarning katta foiziga kirish imkonini beradi, bu esa jismoniy kirish cheklangan murakkab dizaynlar uchun ham yuqori test qamrovini ta'minlaydi.
Testni ishlab chiqish vaqtining qisqarishi: Chegara skanerlash dasturiy ta'minoti BSDL fayllaridan test vektorlarini avtomatik ravishda yaratishi mumkin, bu esa test dasturlarini ishlab chiqish uchun zarur bo'lgan vaqt va kuchni kamaytiradi.
Sinov xarajatlarining kamayishi: Chegara skanerlash fizik zondlash zaruratini yo'q qiladi, bu esa test moslamalarining narxini va PCB ga zarar yetkazish xavfini kamaytiradi.
Nosozliklarni tezroq izolyatsiya qilish: Chegara skanerlashi batafsil diagnostika ma'lumotlarini taqdim etadi, bu esa muhandislarga nosozliklarni tezda aniqlash va izolyatsiya qilish imkonini beradi.
Tizim ichidagi dasturlash (ISP): Chegara skanerlashi flesh xotirani va boshqa dasturlashtiriladigan qurilmalarni PCB-ga yig'ilgandan keyin dasturlash uchun ishlatilishi mumkin, bu esa ishlab chiqarish jarayonini soddalashtiradi.
Plata o'lchami va narxining kamayishi: Test nuqtalariga bo'lgan ehtiyojni kamaytirish orqali Chegara skanerlashi kichikroq va arzonroq platalarni loyihalashtirishga imkon beradi.
Nuqsonlarni erta aniqlash: Loyihalash bosqichida chegara skanerlashni amalga oshirish mumkin bo'lgan ishlab chiqarish muammolarini erta aniqlashga imkon beradi, bu esa keyingi bosqichlarda xatolarning narxini kamaytiradi.

Chegara skanerlash ilovalari

Chegara skanerlashi keng ko'lamli ilovalarda qo'llaniladi, jumladan:

Ishlab chiqarish testi: Qisqa tutashuv, ochiq tutashuv va noto'g'ri komponentlarni joylashtirish kabi ishlab chiqarish nuqsonlarini aniqlash.
Tizim ichidagi dasturlash (ISP): Flesh xotirani va boshqa dasturlashtiriladigan qurilmalarni PCB-ga yig'ilgandan keyin dasturlash.
Platani ishga tushirish va disk raskadrovka: Loyihalash va ishlab chiqish bosqichida apparat muammolarini aniqlash.
FPGA konfiguratsiyasi: FPGA-larni tashqi dasturchilarga ehtiyoj sezmasdan sozlash.
Xavfsizlik ilovalari: Qurilmalarni xavfsiz dasturlash va tekshirish, shuningdek xavfsizlik auditlarini o'tkazish.

Chegara skanerlashning amaldagi misollari:

Telekommunikatsiya uskunalari: Murakkab tarmoq interfeysi kartalaridagi yuqori tezlikda ishlaydigan o'zaro bog'liqliklarning yaxlitligini tekshirish. Tasavvur qiling-a, Stokgolmdagi telekommunikatsiya kompaniyasi 5G infratuzilmasining ishonchliligini ta'minlashi kerak. Chegara skanerlashi ularga zich joylashgan platalarda ulanish muammolarini tezda aniqlashga imkon beradi.
Avtomobil elektronikasi: Avtomobillarda elektron boshqaruv bloklarining (ECU) funksionalligini sinovdan o'tkazish. Misol uchun, Shtutgartdagi ishlab chiqaruvchi chegara skanerlash yordamida dvigatel boshqaruv bloki va transmissiya boshqaruv bloki o'rtasidagi aloqani sinovdan o'tkazadi.
Aerokosmik va mudofaa: Samolyot va harbiy texnikadagi muhim elektron tizimlarning ishonchliligini ta'minlash. Amerika Qo'shma Shtatlaridagi mudofaa pudratchisi parvozni boshqarish tizimidagi komponentlarning ulanishini tekshirish uchun chegara skanerlashdan foydalanishi mumkin, bu erda ishonchlilik juda muhimdir.
Sanoat avtomatlashtirish: Dasturlashtiriladigan mantiqiy kontrollerlar (PLC) va boshqa sanoat uskunalaridagi nosozliklarni aniqlash va tuzatish. Yaponiyadagi zavodda robot qo'lini boshqaradigan PLC dagi noto'g'ri ulanishni tezda aniqlash uchun chegara skanerlashdan foydalanayotganini tasavvur qiling.
Tibbiy asboblar: Yurak stimulyatori va defibrillyator kabi tibbiy asboblardagi elektron komponentlarning funksionalligini tekshirish. Shveytsariyalik tibbiy asboblar ishlab chiqaruvchisi hayotni saqlab qoluvchi qurilmada aloqa yo'llarining ishonchliligini ta'minlash uchun chegara skanerlashdan foydalanmoqda.

Chegara skanerlashni amalga oshirish: Qadam-baqadam qo'llanma

Chegara skanerlashni amalga oshirish bir nechta bosqichlarni o'z ichiga oladi:

Sinov uchun loyihalash (DFT): Loyihalash bosqichida sinov talablarini hisobga oling. Bunga Chegara skanerlash bilan mos keladigan IC larni tanlash va Chegara skanerlash zanjiri to'g'ri konfiguratsiya qilinganligini ta'minlash kiradi. DFT ning asosiy jihatlari platadagi TAP kontrollerlari sonini minimallashtirish (murakkab dizaynlarda TAP kontrollerlarini kaskadlash kerak bo'lishi mumkin) va JTAG signallarida yaxshi signal yaxlitligini ta'minlashni o'z ichiga oladi.
BSDL faylini olish: Dizayndagi barcha Chegara skanerlash bilan mos keladigan IC lar uchun BSDL fayllarini oling. Ushbu fayllar odatda IC ishlab chiqaruvchilari tomonidan taqdim etiladi.
Test vektorlarini yaratish: BSDL fayllari va dizayn tarmoq ro'yxati asosida test vektorlarini yaratish uchun Chegara skanerlash dasturiy ta'minotidan foydalaning. Dasturiy ta'minot o'zaro bog'liqlikni sinovdan o'tkazish uchun zarur bo'lgan signallar ketma-ketligini avtomatik ravishda yaratadi. Ba'zi vositalar o'zaro bog'liqlikni sinovdan o'tkazish uchun avtomatik test namunalarini yaratishni (ATPG) taklif qiladi.
Testni bajarish: Test vektorlarini ATE tizimiga yuklang va testlarni bajaring. ATE tizimi test namunalarini plataga qo'llaydi va javoblarni kuzatadi.
Nosozlik tashxisi: Nosozliklarni aniqlash va izolyatsiya qilish uchun test natijalarini tahlil qiling. Chegara skanerlash dasturiy ta'minoti odatda qisqa tutashuvlar va ochiq tutashuvlar joylashuvi kabi batafsil diagnostika ma'lumotlarini taqdim etadi.
Tizim ichidagi dasturlash (ISP): Agar kerak bo'lsa, flesh xotirani dasturlash yoki dasturlashtiriladigan qurilmalarni sozlash uchun Chegara skanerlashdan foydalaning.

Chegara skanerlashning qiyinchiliklari

Chegara skanerlashi sezilarli afzalliklarni taklif qilsa-da, e'tiborga olish kerak bo'lgan qiyinchiliklar ham mavjud:

Chegara skanerlash bilan mos keladigan IC larning narxi: Chegara skanerlash bilan mos keladigan IC lar chegara skanerlash bilan mos kelmaydigan IC larga qaraganda qimmatroq bo'lishi mumkin. Bu ayniqsa eski yoki kamroq tarqalgan komponentlar uchun to'g'ri keladi.
BSDL faylining mavjudligi va aniqligi: Samarali test vektorlarini yaratish uchun aniq va to'liq BSDL fayllari zarurdir. Afsuski, BSDL fayllari har doim ham osongina mavjud emas yoki xatolarni o'z ichiga olishi mumkin. Ulardan foydalanishdan oldin har doim BSDL fayllarini tekshiring.
Test vektorlarini yaratish murakkabligi: Murakkab dizaynlar uchun test vektorlarini yaratish qiyin bo'lishi mumkin, bu esa ixtisoslashgan dasturiy ta'minot va tajribani talab qiladi.
Ichki tugunlarga kirish cheklangan: Chegara skanerlashi IC larning pinlariga kirish imkonini beradi, ammo u IC larning ichidagi ichki tugunlarga to'g'ridan-to'g'ri kirishni ta'minlamaydi.
Signal yaxlitligi muammolari: Uzun chegara skanerlash zanjirlari, ayniqsa yuqori takt tezliklarida signal yaxlitligi muammolarini keltirib chiqarishi mumkin. Tegishli yakunlash va signal yo'nalishi juda muhimdir.

Chegara skanerlash qiyinchiliklarini bartaraf etish

Chegara skanerlashning cheklovlarini bartaraf etish uchun ko'plab strategiyalar mavjud:

Strategik komponentlarni tanlash: Testga kirish cheklangan dizaynning muhim joylari uchun chegara skanerlash bilan mos keladigan komponentlarni tanlang.
BSDL ni sinchkovlik bilan tekshirish: Aniqroq bo'lishi uchun BSDL fayllarini diqqat bilan ko'rib chiqing va tasdiqlang. Xatolar topilsa, komponent ishlab chiqaruvchisi bilan bog'laning.
Ilg'or vositalarga sarmoya kiritish: Avtomatik test namunalarini yaratishni (ATPG) va ilg'or diagnostika imkoniyatlarini qo'llab-quvvatlaydigan kuchli chegara skanerlash vositalaridan foydalaning.
Chegara skanerlashni boshqa sinov usullari bilan birlashtirish: Keng qamrovli test qamroviga erishish uchun chegara skanerlashni funktsional sinov, kontaktli sinov (ICT) va uchuvchi zond sinovlari kabi boshqa sinov usullari bilan birlashtiring.
JTAG zanjiri topologiyasini optimallashtirish: Signal yaxlitligi muammolarini minimallashtirish uchun JTAG zanjirini ehtiyotkorlik bilan yo'naltirish va tugatish usullarini amalga oshiring. Buferlash yoki boshqa signalni qayta ishlash usullaridan foydalanishni ko'rib chiqing.

Chegara skanerlash standartlari va vositalari

Chegara skanerlashning asosiy tamoyili IEEE 1149.1 standartidir. Biroq, bir nechta boshqa standartlar va vositalar muhim rol o'ynaydi:

IEEE 1149.1 (JTAG): Chegara skanerlash arxitekturasi va protokolini belgilovchi asosiy standart.
IEEE 1149.6 (Ilg'or raqamli tarmoqlar): Chegara skanerlashni ilg'or raqamli tarmoqlarda uchraydigan yuqori tezlikda, differentsial signalizatsiyani qo'llab-quvvatlash uchun kengaytiradi.
BSDL (Chegara skanerlashni tavsiflash tili): IC larning chegara skanerlash imkoniyatlarini tavsiflash uchun standartlashtirilgan til.
SVF (Seriyali vektor formati) va STAPL (Standart test va dasturlash tili): Test vektorlarini saqlash va almashish uchun standartlashtirilgan fayl formatlari.

Ko'plab tijorat va ochiq kodli Chegara skanerlash vositalari mavjud, jumladan:

ATE tizimlari: Keysight Technologies, Teradyne va National Instruments kabi sotuvchilardan olingan keng qamrovli test platformalari.
Maxsus chegara skanerlash vositalari: Corelis, Goepel electronic va XJTAG kabi kompaniyalarning ixtisoslashgan vositalari.
O'rnatilgan JTAG echimlari: Segger va Lauterbach kabi kompaniyalarning JTAG emulyatorlari va disk raskadrovkalari.
Ochiq kodli vositalar: OpenOCD (Ochiq chipdagi disk raskadrovka) va UrJTAG mashhur ochiq kodli JTAG vositalaridir.

Chegara skanerlashning kelajagi

Chegara skanerlashi zamonaviy elektronikaning qiyinchiliklariga javob berish uchun rivojlanishda davom etmoqda.

Integratsiyaning oshishi: Chegara skanerlashi tobora IC larga integratsiya qilinmoqda, bu esa yanada keng qamrovli sinov va diagnostikaga imkon beradi.
Ilg'or disk raskadrovka imkoniyatlari: Chegara skanerlashi xotirani sinovdan o'tkazish va CPU emulyatsiyasi kabi yanada ilg'or disk raskadrovka vazifalari uchun ishlatilmoqda.
Yuqori tezlikdagi chegara skanerlashi: Chegara skanerlash tezligini oshirish uchun yangi usullar ishlab chiqilmoqda, bu esa tezroq sinov va dasturlashga imkon beradi.
Xavfsizlik ilovalari: Chegara skanerlashi dasturlash va tekshirish uchun xavfsiz kanalni taqdim etish orqali elektron qurilmalarning xavfsizligini oshirish uchun ishlatilmoqda. JTAG orqali qurilmalarga masofadan kirish va qayta sozlash imkoniyati xavfsizlik masalalarini keltirib chiqaradi, bu esa xavfsizlik choralarida innovatsiyalarni rivojlantiradi.
Raqamli egizaklar bilan integratsiya: Chegara skanerlash ma'lumotlaridan elektron yig'ilishlarning raqamli egizaklarini yaratish uchun foydalanish mumkin, bu esa prognozli texnik xizmat ko'rsatish va yaxshilangan ishonchlilikni ta'minlaydi.

Xulosa qilib aytganda, Chegara skanerlashi zamonaviy elektronikaning sifati va ishonchliligini ta'minlash uchun muhim texnologiya hisoblanadi. Uning tamoyillari, afzalliklari va amalga oshirilishini tushunish orqali muhandislar test qamrovini yaxshilash, sinov xarajatlarini kamaytirish va bozorga chiqish vaqtini tezlashtirish uchun Chegara skanerlashdan foydalanishlari mumkin. Elektronika tobora murakkablashib borar ekan, Chegara skanerlashi apparat ta'minotini sinovdan o'tkazish uchun muhim vosita bo'lib qoladi.