２０１０年第８期 中图分类号：ＴＮ４７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—２５５２（２０１０）０８—０１６４—０３ 基于ＩＥＥＥ １ １４９．７的新一代测试接口实现与应用 徐志磊，郭 筝 （上海交通大学微电子学院，上海２００２４０） 摘要：随着芯片集成度的不断增加和对低功耗设计的重视，原初开发的ＪＴＡＧ（ＩＥＥＥ ＳＴＤ １１４９．１）面对新的挑战，不能满足当今设计的需要。ＣＪｒｒＡＧ基于ＩＥＥＥ ＳＴＤ１１４９．７标准和传统的 Ｊ］ｒＡＧ的边界扫描原理来提供一个更加强大的测试和调试的标准，来达到现在系统的要求。 ＣＹＩ＇ＡＧ用更少的管脚来提供更多的功能，而同时保证了对ＩＥＥＥ１１４９．１的软件和硬件的兼容性。 关键词：ＣｍＧ接口；ＩＥＥＥ ＳＴＤ １１４９．７；ＪＴＡＧ接口；ＩＥＥＥ ＳＴＤ １１４９．１ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｎｅｘｔ—ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ ａｃｃｅｓｓ ｐｏｒｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＩＥＥＥ １１４９．７ ＸＵ Ｚｈｉ—ｌｅｉ．ＧＵＯ Ｚｈｅｎｇ （Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｓｃｈｏｏｌ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２￣２４０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｃｈｉｐ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｇｒｏｗｉｎｇ ｆｏｃｕｓ ｏｎ ｐｏｗｅｒ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｈａｖｅ ｃｒｅａｔｅｄ ｎｅｗ ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ ｔｈａｔ ｗｅｒｅ ｎｏｔ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ＩＥＥＥ ＳＴＤ ｌ １４９．１ ｗａｓ ｏｒｉｇｉｎａｌｌｙ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｅ ｐｕｒｐｏｓｅ ｏｆ ＣＪＴＡＧ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＩＥＥＥ ＳＴＤ １ １４９．７ ｉｓ ｔｏ ｄｅｆｉｎｅ ａ ｍｏｒｅ ｐｏｗｅｒｆｕｌ ｄｅｂｕｇ ａｎｄ ｔｅｓｔ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｗｈｉｃｈ ｍｅｅｔｓ ａｎ ｅｘｐａｎｄｉｎｇ ｓｅｔ ｏｆ ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ ｆａｃｉｎｇ ｄｅｂｕｇ ａｎｄ ｔｅｓｔ ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｉｔｈ ｆｅｗ ｐｉｎｓ ｗｈｉｌｅ ｐｅｒｓｅｒｖｉｎｇ ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｎｙ ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ ｃｕｒｒｅｎｄｙ ｕｓｉｎｇ ＩＥＥＥ ＳＴＤ １ １４９．１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＣＪＴＡＧ；ＩＥＥＥ ＳＴＤ １１４９．７；ＪＴＡＧ；ＩＥＥＥ ＳＴＤ １１４９．１ ０ 引言 随着微电子技术，微封装技术和印制板制造技 术的不断发展，印制电路板变得越来越小，密度越来 求。显然一个新的测试接口是十分需要的。 ＣＪＴＡＧ（Ｃｏｍｐａｃｔ ＪＴＡＧ）是基于ＩＥＥＥ１ １４９．７标 准而开发的，满足现代电路板级测试和系统级测试 的需求的新一代的测试接口，也被称为ＴＡＰ．７。 越大，功能越来越强。面对这样的发展趋势，采用传 统的外探针法和“针床”夹具法来全面彻底地测试 焊接在电路版上的器件是非常困难的。二十世纪八 十年代，ＪＴＡＧ开发了ＩＥＥＥ１１４９．１标准，采用边界 扫描测试（Ｂｏｕｎｄａｒｙ Ｓｃａｎ）有效解决了引线间隔致 密电路板上器件性能测试的问题。这项技术原先针 ＣｍＧ接口提供了一个可扩展的功能集合，它由六 个级（Ｃｌａｓｓ）所组成，每一个高一级的功能集合包含 了它的低级的功能。 ＴＯ Ｃｌａｓｓ：ＴＡＰ．７提供了对多个ＴＡＰ．１的控制。 Ｔ１ Ｃｌａｓｓ：包括了ｒｉ０ ＴＡＰ．７和对ＣＪＴＡＧ的命 对电路板，现在被广泛地应用到很多测试技术中去。 例如系统级测试，内建自测（ＢＩＳＴ），内存测试，Ｆｌａｓｈ 令、寄存器的支持，同时也包括了测试、功能复位和 电源管理逻辑。 Ｔ２ Ｃｌａｓｓ：包括了Ｔ１ ＴＡＰ．７和一位ＩＲ和ＤＲ 编程，ＦＰＧＡ／ＣＰＬＤ编程和ＣＰＵ仿真。相对与以往 传统的测试，ＪＴＡＧ采用边界扫描测试提供在测试技 术上是一个飞跃。但是随着微电子技术进一步发 展，现在的单芯片多核设计，ＳＯＣ设计和堆栈式管芯 封装测试，涉及到对扫描性能和对低功耗的设计要 求时，ＪＴＡＧ的ＩＥＥＥ１１４９．ｉ标准难以适应新的要 一芯片旁路通路（Ｃｈｉｐ Ｂｙｐａｓｓ Ｐａｔｈ）。当其扫描链的某 收稿日期：２０１０—０２一Ｏ１ 作者简介：徐志磊（１９７９一），男，上海交通大学在职工程硕士，现任 职于意法爱立信通信有限公司高级工程师，研究方向为 超大规模集成电路工程。 １６４一 个Ｔ１ ＴＡＰ．７在这个扫描通路上不被关心的时候， 这个ＴＡＰ．７将会被Ｂｙｐａｓｓ，这样这个扫描通路的扫 描性能将会提高。 Ｔ３ Ｃｌａｓｓ：包括了Ｔ２ ＴＡＰ．７和对星型扫描方式 （Ｓｔａｒ一４ Ｓｃａｎ Ｔｏｐｏｌｏｇｙ）的支持。 Ｔ４ Ｃｌａｓｓ：包括了Ｔ３ ＴＡＰ．７和仅仅运用ＴＭＳＣ 和ＴＣＫＣ Ｐｉｎｓ完成对系统的扫描，而将ＴＤＩＣ和 １．１ ＣＪＴＡＧ的整体实现方案 ＣＪＴＡＧ接口通过以下几个模块来实现其功能， 并且也可以通过一些参数的配置来完成以下功能的 配置，来保证其功能灵活的可配置性。 （１）系统测试逻辑（ＳＴＬ－－Ｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｓｔ Ｌｏｇｉｃ）： 在这个单元中实现相应的ＴＯ Ｃｌａｓｓ的功能。 （２）扩展协议单元（ＥＰＵ－－Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｕ． ｎｉｔ）：在这个单元中实现相应的Ｔ１～Ｔ３ Ｃｌａｓｓ的功 能。同时实现ＣＪＴＡＧ的命令的实现。 （３）先进协议单元（ＡＰＵ－－Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｕｎｉｔ）：在这个单元中将实现Ｔ４～Ｔ５ Ｃｌａｓｓ的功能。 （４）复位和选择单元（ＲＳＵ－－Ｒｅｓｅｔ Ａｎｄ Ｓｅｌｅｃ． ｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ）：在这个单元中实现相应的ＣＪＴＡＧ的Ｒｅ— ＴＤＯＣ作为附加信号。 Ｔ５ Ｃｌａｓｓ：包括了Ｔ４ ＴＡＰ．７和运用先进的协议 完成通过八个数据通道完成数据传输。 １ ＣＪＴＡＧ的实现 ＣＪＴＡＧ接口提供了一个可扩展的方案已达到 不同模块和复杂系统的需要。下面就从ＣＪＴＡＧ整 体的实现和其所特有的命令（ｃｏｍｍａｎｄ）的实现方法 来进行讨论。 ｓｅｔ和其选择的功能。 图１为ＣＪＴＡＧ整体实现的框图。 Ｃｈｉｐ－Ｌｅｖｅｌ Ｄａｔａ ｅｈａｎｎ￣ｃＩｉｅｌ１辖 ｎｔ ｓ｝Ｑｌ ｎｔｆｓ ０ｄ。 ｆ０ｆＣ ＴＤｏＣ 图１ ＣＪＴＡＧ实现框图 １．２ ＣＪＴＡＧ中的Ｃｏｍｍａｎｄ的实现方法 来实现，而并没有使用ＴＤＩ和ＴＤＯ的信息，同时也 并没有改变其ＩＲ、ＤＲ的扫描方式。 首先在ＣＪＴＡＧ的命令中，将引入零位扫描 （ＺＢＳ—Ｚｅｒｏ Ｂｉｔ Ｓｃａｎ）的概念。它将下列两种方式中 一在ＣＪＴＡＧ中，它扩展了ＪＴＡＧ其内部命令的实 现方法，使其ＣＪＴＡＧ的命令结构对于当前的１ １４９．１ ＴＡＰｓ是不可见的，仅仅依靠ＴＭＳ和ＴＣＫ两个信号 １６５— 的一种称为一个ＺＢＳ： 在芯片级中，ＣＪＴＡＧ能够被连接成串型连接， 四线的星型连接和二线的星型连接。如图２（ａ）可 以看到其３种连接方式。 如图２（ｂ），在传统的ＪＴＡＧ的连接和扫描方式 中，如果想要访问最后一个１１４９．１设备，整个ＩＲ扫 描路径是３９位，ＤＲ的扫描路径是ｌ４位。 如图２（Ｃ），在ＣＪＴＡＧ串型的连接和扫描方式， 如果同样是访问最后一个ｌ１４９．７设备，整个ＩＲ扫 描路径是ｌ０位，ＤＲ的扫描路径是１１位。 如图２（ｄ），在ＣＪＴＡＧ的星型连接和扫描方式， 如果仍然访问最后一个１ １４９．７设备，但是在星型连 接下，整个ＩＲ扫描路径是８位，ＤＲ扫描路径是 ９位。 ①Ｓｅｌｅｃｔ—ＤＲ．Ｓｃａｎ－＋Ｃａｐｔｕｒｅ．ＤＲ＿＋Ｅｘｉｔ１．ＤＲ＿＋ Ｕｐｄａｔｅ—ＤＲ ②Ｓｅｌｅｃｔ—ＤＲ．Ｓｃａｎ Ｃａｐｔｕｒｅ．ＤＲ Ｅｘｉｔ１．ＤＲ Ｐａｕｓｅ—・ＤＲ－－－￣Ｅｘｉｔ２・・ＤＲ－＋Ｕｐｄａｔｅ・・ＤＲ 然后可以引入另一个概念叫做控制级（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｌｅｖｅ１）。当ＤＲ扫描的过程中经历了Ｓｈｉｆｔ．ＤＲ状态， 前面生成的ＺＢＳ的计数器将会被锁住（１ｏｃｋｅｄ），然 后控制级（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｌｅｖｅ１）将会被生成。 最后当控制级处于２时，就将生成ＣＪＴＡＧ中的 命令方式。ＣＪＴＡＧ的命令包括十位，前五位是操作 码，而后五位是其命令的操作数。 ２ ＣＪＴＡＧ的应用方案 ２．１ 基于不同的扫描方式对扫描性能的提高 一 Ｔ５ＴＡｐ．７ Ｔ５ＴＡＰ ７ （ａ） 圜 ｌ垂一 １．． 童警：．．１ ＡＰ．７ Ｌ虻］ Ｔ５１ｒ（ｂ） —．一一一一ｊ…一 一～一…一 图２ ＣＪＴＡＧ连接方式和扫描方式 通过上面的描述，基于不同的连接和扫描方式， 能发现扫描性能在ＣＪＴＡＧ中得到了很大提高。 ２．２多ＴＡＰ．７分支在系统中的应用 在一个系统中，如图３所示，可能存在串型分 被上电（ｐｏｗｅｒ—ｕｐ）和关电（ｐｏｗｅｒ—ｄｏｗｎ）。 在ＣＪＴＡＧ的电源管理单元中，通过存储命令 （ＳＴＣ２）对其相应的电源模式寄存器（Ｐｏｗｅｒｍｏｄｅ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ）的控制，来完成４种电源模式的选择。 支，四线星型分支和二线星型分支共享同一个调试 和测试系统（ＤＴＳ－－Ｄｅｂｕｇｇｅｒ Ａｎｄ Ｔｅｓｔ Ｓｙｓｔｅｍ），ＤＴＳ （１）模式０：在ＴＣＫ信号保持高电平１个毫秒， ＣＪＴＡＧ将被关电。 能够选择和使用一种类型的分支，同时ＴＡＰ．７也能 识别和配合应用相应的分支，而其他的分支将会保 持休眠的状态。而不影响其运行分支的使用。 ２．３ ＣＪＴＡＧ中的低功耗设计的应用 （２）模式１：在ＴＣＫ信号保持高电平１个毫秒 和ＴＡＰ状态是ＴＬＲ，ＣＪＴＡＧ将被关电。 （３）模式２：在ＴＡＰ状态是ＴＬＲ，ＣＪＴＡ将被 关电。 在低功耗的应用中，希望ＴＡＰ．７在不需要使用 的条件下能够使其逻辑关闭，基于这种需要，在 ＣＪＴＡＧ中实现了相应的电源管理单元，ＣＪＴＡＧ能够 一（４）模式３：ＣＪＴＡＧ将不会被关电。 （下转第１６９页） １６６一 ３ 数据挖掘的应用领域 由于数据挖掘是一门具有广泛应用的新兴学 Ｗｅｂ使用记录挖掘。 （４）医学上的应用。数据挖掘在医学上的应用 科，人们从侧重于挖掘算法研究改进，逐步转向实际 应用中。因此，数据挖掘的应用也在不断发展成长 主要包括更新化工合成方案、药物药理药性分析、方 剂研发等，应用十分广泛。从分子制药到医疗诊断， 都可以利用数据挖掘的手段来提高效率和效益。在 药物合成方面，通过对药物分子化学结构的分析，可 以确定药物中哪种原子或原子基因对什么病能够发 挥作用，这样在合成新药时，可根据新药的分子结构 确定该药将有可能治疗哪一种病。 （５）金融上的应用。在金融领域，数据量是非 常巨大的，银行、证券公司等交易数据和存储量都是 很大的。因此，可以利用数据挖掘对各种数据进行 深人分析。典型的金融领域有银行业务管理、投资 评估、股票交易市场预测和分析和金融诈骗等。当 然数据挖掘应用的领域并不局限于以上这几个方 面，随着社会生活各个方面数据积累越来越大，数据 挖掘将会在各个领域发挥积极作用。 着。人们针对特定领域的应用开发了许多专业的数 据挖掘工具，包括客户关系管理天文学、气象、生物 医学、金融、零售业和电信业务的数据挖掘工具等。 （１）企业应用。数据挖掘技术目前在企业中的 应用领域主要有客户关系管理、市场营销、产品制造 和决策支持等。在市场营销中的应用主要包括客户 发现、客户流失分析和客户保持等。目前，数据挖掘 在客户细分、客户流失模型分析等方面的应用比较 成熟。随着人们对挖掘技术的不断深入研究，其在 企业领域的应用也将更全面、更深入。 （２）科学研究。数据挖掘在科学研究方面有着 广泛的应用，主要包括天文图形分析、卫星遥感器和 ＤＮＡ分子技术等。科研工作者利用数据挖掘技术 来促进、提高科研工作的效率和效果。有了它，海量 的数据就成为了研究成果科学性的保证。数据挖掘 在科学研究应用的领域包括生物研究、化工合成研 究、医药研究、水文地质研究、社会科学研究和考古 研究等。 （３）Ｗｅｂ挖掘。Ｗｅｂ挖掘利用数据挖掘技术从 在现实应用中，随着数据挖掘技术的社会影响 力越来越大，所应用的领域也是越来越宽，越来越 广。相信数据挖掘技术在未来的几年中会得到迅速 发展，它的理论支撑也会融合更多的领域，从而为人 类知识发现的能力提升、为人类知识发现领域的不 断扩展作出巨大的贡献。 参考文献： ［１］Ｈａｎ Ｊｉａｗｅｉ，Ｍｉｃｈｅｌｉｎｅ Ｋａｍｂｅｒ．数据挖掘——概念与技术［Ｍ］． 北京：机械工业出版社，２００１． 网络文档和服务中自动发现和获取信息，对网络上 发现的有用信息进行分析。它是一个挖掘特定用户 感兴趣的、有用的，以前不知道的信息或知识的过 程。Ｗｅｂ挖掘包括Ｗｅｂ内容挖掘、Ｗｅｂ结构挖掘和 （上接第１５６页）Ｉ ＤＴＳ ［２］ 谢邦昌．商务智能与数据挖掘Ｍｉｃｏｒｓｏｆｔ ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ应用［Ｍ］． 机械工业出版社。２００８． 责任编辑：张荣香 ＴＣＫ（Ｃｌ ＴＭＳ（ｃ】 ＴＣＫ１ ： ｌ ｌ ｌ ｉ ｌ ］Ｉ１ －ｊ＿ －ｊ＿＿ｌ＿＿Ｌ＿Ｌ Ｌ ｌ Ｔｅｌ（Ｃ） ＴＤＯ（Ｃ） ｔＩｌ ＢＴＳｆ ｒＡｅａｒＰｎｉｅ．ｃ１ｓｈ ｆｌＩ ｌ ｌ Ｉ ！ 图３多个ＴＡＰ．７系统连接方式 Ｉ兰 参考文献： ［１］Ｒｏｂｅｒｔ Ｏｓｈａｎａ，Ｂａｒｔ Ｖｅｒｍｅｕｌｅｎ，Ｇａｒｙ Ｓｗｏｂｏｄａ．ＩＥＥＥ Ｐｌ １４９．７／ Ｄ１．２３ Ｄｒａｆｔ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｏｒ Ｒｅｄｕｃｅｄ—Ｐｉｎ ａｎｄ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｔｙ ３ 结束语 本文讨论了ＣＪＴＡＧ接口的整体设计框架，并在 此基础上，指出ＣＪＴＡＧ在实际中的应用方式。这些 Ｔｅｓｔ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｏｔｒ ａｎｄ Ｂｏｕｎｄａｒｙ・Ｓｃａｎ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ［Ｓ］．２００９ Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ ＵＳＡ． 应用方案已在芯片中得到应用，和ＪＴＡＧ接口比较， 它的扫描性能和频率得到很大的提高，同时也满足 了当今对低功耗设计的需求。 ［２］ＩＥＥＥ Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ．ＩＥＥＥ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｏｔｒ ａｎｄ Ｂｏｕｎ ｄａｒｙ Ｓｃａｎ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ『Ｓ］．ＩＥＥＥｓｔｄ １１４９．１—２００１． 责任编辑：么丽苹 一ｌ６９—