526互联

第五章 JTAG简介

发布时间 2023-07-22 11:06:33作者: 几何0814

1.JTAG概念

1.1 背景介绍

1.1.1 传统针床测试

  1. 机台芯片测试 VS PCB板上测试
  2. 板级芯片间测试
    1. 传统针床测试
      1. 芯片管脚日益增多
      2. 多层印刷电路板
    2. 新型边界扫描测试

         

 1.1.2 边界扫描测试（Boundary Scan）

        

  1. 目的：
    1. 板级芯片互联线测试
    2. PCB板级芯片测试：如果针对板级某个芯片进行测试，可以Bypass掉其他芯片，通过边界扫描链将测试数据输入芯片
  2. 标准：
    1. JTAG（Joint Test Action Group）

         

2. JTAG架构

        

  • 指令寄存器：存储控制测试的指令，指导测试时流程。在IJTAG电路生成之前，就应该确定每种指令具体实现的是什么操作；
  • 旁路寄存器：旁落哪些模块不进行测试；
  • 标识寄存器：识别该JTAG网络出自哪个厂商；
  • 其他数据寄存器：存储用于测试不同模块的测试数据； 
  • 功能管脚：在功能管脚上增加边界扫描寄存器；
  • 指令解码寄存器：解析控制指令，确定哪个寄存器工作；

2.1 JTAG架构

  1. JTAG架构
    • JTAG标准端口
    • JTAG状态机控制器
    • JTAG寄存器
    • JTAG指令解码器
  2. JTAG标准端口
    • TCK
    • TMS：test mode
    • TDI
    • TDO
    • TRST（可选）：可用TMS信号代替

2.2 边界扫描寄存器

         

对于输入功能管脚，PI就是管脚输入，PO就是功能逻辑的输入，SI就是TDI，SO就是ScanOut；

对于输出功能管脚，PI就是功能逻辑输出，PO是输出功能管脚，SI就是ScanIn，SO就是TDO；

         

 2.2.1移位shift

        

 2.2.2更新update

       

 2.2.3捕获操作capture：捕获电路状态

        

 2.3旁路寄存器

       仅需操作1bit

         

 2.4JTAG状态机控制器

        16个状态，输入收到TCK、TMS、TRST信号的控制；状态之间的跳转由TMS进行控制。DR线路与IR线路，其中DR线路是数据寄存器相关控制，IR线路是控制指令寄存器相关控制。

 

        

  •  指令控制：Run-Test/Idle -> 2个pulse的TMS=1 ->进入Select-IR Scan ->TMS=0 -> 进入Capture-IR -> TMS=0 -> Shift-IR，然后重复Capture与Shift操作 -> Exit-IR与Pause-IR为中间态，可跳过 -> Update-IR更新数据 -> TMS=0进入Run-Test/Idel，或者TMS=1直接进入Select-DR Scan状态；
  • 数据控制：每次只能操作一种data寄存器，例如数据寄存器或者旁路寄存器；
  • JTAG复位操作：5 个TMS = 1进入Test-Logic-Reset状态，或直接使用TRST=0进入Test-Logic-Reset状态；

3.JTAG指令集

IEEE1149协议规定的指令如下：

        

 3.1 激活JTAG指令的方法

  1. JTAG初始化
  2. 通过TMS运转状态机
  3. Select-IR
  4. Shift-IR
  5. Run-Test/idle

         

 3.2 EXTEST指令

        目的：测试板级芯片间互连线

         

  1.  输入EXTEST指令
  2. TDI移入数据到芯片一（shift）
  3. 更新芯片一的输出管脚（update）
  4. 芯片二捕获输入管脚数据
  5. TDO移出数据从芯片二

        

 3.3 BYPASS指令

  • 目的：旁路不需要测试的芯片
  • 芯片三的TDI和TDO之间只有一个bit的旁路寄存器
  • 缩短测试时间

        

 3.4 SAMPLE指令

  • 目的：获取新片输入输出管脚的即时数据
  • 在输入部分：采样来自外面的输入数据
  • 在输出部分：采样来自ChipSystem部分的输出数据

        

 3.5 PRELOAD指令

  • 目的：将数据Load进OnChipSystem部分，或者是将数据Load出去

        

 3.6 IDCODE指令

  • 目的：把存储芯片ID信息的寄存器接入TDI/TDO链，获取ID信息
  • ID信息有32BITS，有JEDEC组织分配给每一个厂家

       

 3.7 INTEST指令

  • 目的：芯片内部测试（通过BoundryScan可以控制OnChipSystem的任意IO，控制输入输出进行内部的测试）

        

 3.8 USERCODE

 

  1. 目的：芯片内部集成的Ip测试
  2. 针对不同的Ip，选择不同的指令，同时通过数据寄存器进行输出输入输出的控制
  3. UESRCODE更像是一个集合，里面包含针对不同Ip的指令，这些指令需要保存到指令寄存器中，同时指令解码器能够解码指令才可作用

        

4 Tessent边界扫描插入流程

4.1 总流程

  1. 读入网表
  2. 配置测试信号
  3. 配置边界扫描插入
  4. 插入边界扫描
  5. 生成综合脚本

4.2 读入网表

  1. set_context dft -no_rtl
  2. read_cell_library & read_verilog
  3. set_current_design
  4. IO cell library

       

  •  IE：控制PAD是否能够输入
  • OEN：控制PAD是否能够输出
  • I：芯片内部向PAD进行数据输出（在PAD角度看）
  • PAD：PAD本身以双向IO存在
  • C：PAD将外部数据输出到芯片内部

4.3 配置测试信号

  1. set_dedign_level chip
  2. Define 5 JTAG TAP pins
  3. check_design_rules（check到AnalysisMode）

        

         其中IJTAG_TCK这些名字是信号的LogicalName，更重要的是需要哪些PhysicalName（tck、tdi...），以及对应关系

4.4 配置边界扫描插入

  1. set_dft_specification_requirements -boundary_scan on（设置操作模式boundaryScan）
  2. set spec [create_dft_specification]（生成测试命令）
    3. set_boundary_scan_port_option xxxx（特殊化定制需求对扫描链）
    • Pin order according to physical location.（根据芯片的IO指定PAD的物理顺序）
    • Non-bscan IO.（哪些IO不做BoundaryScan）
  3. report_config_data $spec / write_config_data xxx.tcl -replace（打印链信息至屏幕 / .tcl内）

4.5 插入边界扫描

  1. process_dft_specification：生成相应的的RTL，并插入现有网表
  2. extract_icl（boundaryScan的插入会作为IJTAG网络一部分存在，需要检查边界扫描是否合理）
    • 检查1687相关连接是否正确，生成当前层次的ICL文件
    • 生成综合用时序约束文件

4.6 生成综合脚本

  1. run_synthesis （-generate_scripts_only）
    • 在tessent shell内部调用综合工具直接综合，但会占用tessent licence
    • 只生成综合脚本，用户在外部调用综合工具，例如DC
  2. write_design_import_script：将涉及的众多RTL文件统一写在script脚本中