基于DSP的边界扫描技术应用

缑丽敏 李翠娟 张曼

摘 要：本文介绍了边界扫描测试技术，以TI公司的TMS320C6713芯片为例，简述一种基于DSP 芯片的远程边界扫描技术的设计和应用，该设计硬件结构简单、易于实现，已成功用于研制产品上，效果良好。

关键词：TMS320C6713；DSP；边界扫描

随着大规模集成电路的发展，表贴器件的广泛使用，电路印制板层数不断增加，器件安装密度日益提高，传统的物理访问电路节点的方法已经没有办法满足产品的测试要求。由于芯片引脚多，元器件体积小，印制板密度特别大，特别是BGA封装的芯片根本没有办法进行探针测试。为解决测试问题，国际上定义了一种新的测试方法，即边界扫描测试（Boundary-Scan test，BST）。

1 边界扫描技术简介

边界扫描测试[ 1 ]是面向电路板测试的一种芯片可测性设计方法，它通过芯片内部I/O管脚与内核电路之间的边界扫描单元（Boundary Scan Cell，BSC）对芯片及外围电路进行测试，从而大大提高了芯片的可控性和可视性，方便地完成从芯片级到印制板级直到系统级的测试。

与传统对DSP芯片进行物理测试的方法相比，边界扫描运用标准JTAG（Joint Test Action Group，联合测试工作组）接口，无需制作专用测试夹具，使得测试方法更简便，测试工具更廉价，电路中的测试系统耗时更少。

边界扫描技术的物理基础[ 2 ]是内置在芯片内部的边界扫描单元以及4～5根標准总线（TDI、TDO、TCK、TMS和TRST*，其中TRST*为可选总线）。边界扫描测试的所有操作都是在TAP控制器的统一管辖之下，经由测试访问端口实现的。TAP控制器是一个16位有限状态机，主要功能是为指令寄存器和测试数据寄存器提供所需的时钟和控制信号，TAP控制器的下一个状态由TMS信号决定，TMS信号在TCK的上升沿被采样生效。当TAP为测试数据位流时，用来传送适当的激励/响应到测试逻辑的当前有效组件中。当其为指令位流时，用来选择测试逻辑的哪个寄存器为有效。

2 DSP芯片简介

TMS320C6713[ 3 ]（以下简称C6713）是TI公司推出的高速浮点数字信号处理器，采用哈佛总线结构，片上集成了专用乘法器、增强型DMA控制器、EMIF总线接口、MCBSP串行接口、定时器、GPIO等功能，采用32/40位浮点处理方式，当主频设置为200MHz时，浮点处理能力可达1200MFLOPS。芯片内置256kB存储器，可作为程序和数据存储器使用，其中64kB可作为二级CACHE使用。

在对C6713进行工程开发中[ 4 ]，一般将DSP模块嵌入整个系统，用其外部接口与整个系统配合工作。因此当系统交付用户使用后，若需要对DSP模块上的应用程序进行修改，如软件升级或功能扩展，就会出现以下问题：需要将DSP模块与整个系统分离，露出JTAG接口，之后才能用仿真器进行软件调试与加载，或者更换DSP模块。在实际使用中，这样操作有相当的难度。

3 基于DSP的边界扫描技术应用

吕春雷等[ 5 ]，提出基于RS232串口的DSP在线编程方法，使DSP芯片 C6713代码的更新可以脱离仿真器，改善了DSP设备的易用性、可维护性，增强了DSP系统的技术生命力。

邓宏宇等[ 4 ]，针对TI公司的C6713 DSP在特殊环境使用中需要脱离JTAG仿真器的问题，设计了通过串口传输，采用slip协议分包传送和错误重发机制，将需要更新的应用程序无差错传送给DSP，然后烧写到flash中，实现DSP应用程序的在线升级。

李世杰等[ 6 ]，提出一种利用计算机串口实现DSP软件加载的方法。该系统硬件结构简单、通信线少、高速可靠，已经在实际运用中取得了良好效果。

由于仿真器与JTAG接口有效通讯距离不超过15.24cm，在实际应用中，很多场合都需要在15.24cm以外的范围对DSP进行硬件仿真调试和烧写程序，因而JTAG接口的这种短距离特性严重束缚了DSP的使用场合和功能。

本文对JTAG接口信号使用驱动器SN74LVC244进行驱动后输出至调试接口，经过驱动后的JTAG接口至少可保证经过50cm的电缆后仍能正常连接。

基于DSP的远程边界扫描技术硬件设计如图1所示，DSP上的EMU0、EMU1信号使用4.7kΩ电阻上拉，以确保信号上升时间小于10us；TMS和TDI信号使用4.7kΩ电阻上拉，确保仿真器不连接时这两个信号处于确定的状态。

边界扫描软件开发平台为XILINX ISE 10.1，FPGA芯片使用XC95144，软件固化步骤如下：

（1）通过仿真器，将DSP测试板上的连接器与PC机相连，注意仿真器与管脚连接顺序，#1为3.3V，#2为E_TDI，#3为E_TMS，#4为E_TCK，#5为E_TDO，#6为GND；

（2）运行PC机上iMPACT程序，程序打开后双击“Boundary Scan”然后在右侧Boundary Scan 窗口点击鼠标右键选择“Initialize Chain”；

（3）右键点击界面中“XC95144”，选择“Assign New Configuration File”，然后选择.mcs文件；

（4）界面中右键点击“XC95144”，选择“Program”软件固化正确完成后，软件界面显示“Program Succeeded”，这一过程有可能出现错误，重复进行第4步直到软件固化完成。

分别应用10cm、30cm、50cm的JTAG测试电缆，重复上述步骤，可发现经过驱动后的JTAG接口至少可保证经过50cm的电缆后仍能正常连接。该设计硬件结构简单、通信线少、高速可靠，已成功用于研制产品上，效果良好。

参考文献：

[1] IEEE Std 1149.1-1990，Test Access Port and Boundary-Scan Architecture[S].

[2] 陈晓梅，孟晓风，钟波，等.边界扫描技术的优化设计[J].电子测量技术，2006，（3）.

[3] TMS320C6713， TMS320C6713B Floating-point Digital Signal Processors Data Sheet SPRS186I，Texas Instruments.2001，12.

[4] 邓宏宇，许凡，等.基于串口的TMS320C6713flash应用程序在线升级设计[J].舰船电子工程，2009（5）.

[5] 吕春雷，王延杰.基于串口实现DSP程序的在线编程[J].微计算机信息，2009，（11）.

[6] 李世杰，李红波，高淑慧.基于计算机串口DSP程序加载的实现[J].世界电子元器件，2008（5）.

作者简介：

缑丽敏（1986-），女，硕士，工程师，研究方向：嵌入式计算机设计；

李翠娟（1984-），女，硕士，工程师，研究方向：弹载计算机；

张曼（1982-），女，硕士，工程师，研究方向：嵌入式计算机设计。