SCANSTA101：低電壓IEEE 1149.1系統(tǒng)測(cè)試訪問(wèn)主設(shè)備的深度剖析

在電子設(shè)備的測(cè)試與驗(yàn)證領(lǐng)域，IEEE 1149.1（JTAG）標(biāo)準(zhǔn)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。德州儀器（TI）的SCANSTA101作為一款低電壓IEEE 1149.1系統(tǒng)測(cè)試訪問(wèn)（STA）主設(shè)備，為嵌入式測(cè)試和獨(dú)立邊界掃描測(cè)試提供了強(qiáng)大而靈活的解決方案。今天，我們就來(lái)深入探討一下這款設(shè)備的特點(diǎn)、架構(gòu)、電氣特性以及應(yīng)用等方面的內(nèi)容。

文件下載：scansta101.pdf

一、SCANSTA101的特性亮點(diǎn)

SCANSTA101具有眾多令人矚目的特性，使其在測(cè)試領(lǐng)域脫穎而出。

1. 標(biāo)準(zhǔn)兼容性：它完全兼容IEEE Std. 1149.1（JTAG）測(cè)試訪問(wèn)端口和邊界掃描架構(gòu)，這意味著它可以無(wú)縫集成到現(xiàn)有的JTAG測(cè)試系統(tǒng)中，為系統(tǒng)測(cè)試提供了標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案。
2. 軟件支持：得到了德州儀器的SCAN Ease（SCAN嵌入式應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)工具）軟件Rev 2.0的支持，該軟件為開(kāi)發(fā)者提供了便捷的開(kāi)發(fā)環(huán)境，能夠更高效地實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能。
3. 接口靈活性：采用通用的異步處理器接口，可與多種處理器和處理器時(shí)鐘（PCLK）頻率兼容，同時(shí)具備16位數(shù)據(jù)接口（IP可擴(kuò)展至32位），并配備2k x 32位雙端口內(nèi)存，為數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)提供了強(qiáng)大的支持。
4. 多種操作模式：支持“即時(shí)加載（LotF）”和預(yù)加載向量操作模式，以及板載序列器允許進(jìn)行多向量操作，如將數(shù)據(jù)加載到FPGA中。此外，板載比較器支持對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)輸入（TDI）與預(yù)加載的預(yù)期數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，32位線性反饋移位寄存器（LFSR）可實(shí)現(xiàn)簽名壓縮。
5. 電壓與輸出特性：工作在3.3V電源電壓下，具有5V容限I/O，輸出支持掉電三態(tài)模式，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

二、架構(gòu)解析

SCANSTA101的架構(gòu)圍繞雙端口內(nèi)存構(gòu)建，包含三個(gè)主要接口：并行處理器接口（PPI）、串行掃描接口（SSI）和測(cè)試與調(diào)試接口。

2.1 接口描述

2.2 雙端口內(nèi)存

雙端口內(nèi)存模塊是一個(gè)2048 x 32位的雙端口內(nèi)存，作為PPI和SSI之間的緩沖區(qū)。從處理器側(cè)看，有七個(gè)內(nèi)存區(qū)域，分別是TDO_SM、TDI_SM、預(yù)期、掩碼、向量、頭/尾、宏、序列器和掃描橋支持。該內(nèi)存采用大端字節(jié)序，從SSI側(cè)看是一個(gè)整體，且SSI維護(hù)一個(gè)指針。

2.3 各模塊功能

• 并行處理器接口（PPI）：接收來(lái)自處理器的并行數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到雙端口內(nèi)存或內(nèi)部寄存器中，同時(shí)提供配置、控制和獲取設(shè)備狀態(tài)的功能。它由多個(gè)邏輯塊組成，包括邊緣檢測(cè)器、處理器接口控制器、內(nèi)存/寄存器解碼器、字/長(zhǎng)字轉(zhuǎn)換器、控制生成器、狀態(tài)/中斷生成器和標(biāo)志生成器。
• 串行掃描接口（SSI）：提供并行到串行和串行到并行的轉(zhuǎn)換路徑，為STA主設(shè)備和IEEE 1532功能提供測(cè)試數(shù)據(jù)和測(cè)試控制。它包含時(shí)鐘分頻器和TCK_SM控制、TAP跟蹤器、移位器、比較器、預(yù)期和掩碼寄存器、串行掃描接口控制器和掃描橋控制器等模塊。

三、電氣特性

3.1 絕對(duì)最大額定值

了解設(shè)備的絕對(duì)最大額定值對(duì)于確保系統(tǒng)的可靠性至關(guān)重要。SCANSTA101的絕對(duì)最大額定值包括電源電壓、輸入/輸出電壓、電流等參數(shù)。例如，電源電壓（VCC）范圍為 -0.5V至 +4.0V，直流輸入/輸出二極管電流為 -20mA，直流輸出源/灌電流為 ±50mA等。

3.2 推薦工作條件

推薦工作條件下，電源電壓（VCC）為3.0V至3.6V，輸入/輸出電壓為0V至VCC，工作溫度范圍為 -40°C至 +85°C。在這些條件下，設(shè)備能夠穩(wěn)定運(yùn)行，發(fā)揮最佳性能。

3.3 直流和交流電氣特性

文檔詳細(xì)列出了直流和交流電氣特性，包括最小高輸入電壓、最大低輸入電壓、最小高輸出電壓、最大低輸出電壓等參數(shù)，以及各種傳播延遲、時(shí)鐘頻率等交流特性。這些參數(shù)為電路設(shè)計(jì)和系統(tǒng)集成提供了重要的參考依據(jù)。

四、應(yīng)用與寄存器

4.1 應(yīng)用場(chǎng)景

SCANSTA101適用于嵌入式IEEE 1149.1應(yīng)用和獨(dú)立邊界掃描測(cè)試儀，可用于測(cè)試和驗(yàn)證電子設(shè)備的功能和性能，如電路板的互連測(cè)試、芯片的功能測(cè)試等。

4.2 寄存器總結(jié)

文檔中提供了詳細(xì)的寄存器總結(jié)，包括起始寄存器、狀態(tài)寄存器、中斷控制寄存器、時(shí)鐘分頻寄存器等多個(gè)寄存器的地址、類型、助記符、有效寄存器位和復(fù)位值。這些寄存器用于配置和控制設(shè)備的各種功能，開(kāi)發(fā)者可以通過(guò)讀寫這些寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的測(cè)試模式和操作。

五、測(cè)試與安全特性

5.1 測(cè)試能力

SCANSTA101支持多種IEEE 1149.1指令集，如EXTEST、SAMPLE/PRELOAD、BYPASS、IDCODE等，可實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片和電路板的全面測(cè)試。此外，它還提供了內(nèi)存內(nèi)置自測(cè)試（BIST）支持，可通過(guò)JTAG接口或設(shè)置起始寄存器中的板載內(nèi)存BIST位來(lái)啟動(dòng)內(nèi)存BIST。

5.2 安全模式

為了提供單事件翻轉(zhuǎn)/單事件錯(cuò)誤（SEU/SEE）保護(hù)，設(shè)備實(shí)現(xiàn)了三重模塊化冗余（TMR），并在復(fù)位后將所有掃描接口輸出驅(qū)動(dòng)到SEU容忍的安全值。同時(shí)，JTAG TAP控制器的EXTEST和HIGHZ輸出與TRST進(jìn)行門控，以保護(hù)邊界掃描單元。

六、實(shí)際應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

6.1 部分長(zhǎng)字的讀寫

在向TDO_SM內(nèi)存寫入部分長(zhǎng)字或從TDI_SM內(nèi)存讀取部分長(zhǎng)字時(shí)，需要特別注意。由于TDO_SM移位器先移出LSB，因此部分長(zhǎng)字中的有效位必須作為最低有效位存儲(chǔ)和寫入內(nèi)存，以確保所需的位能夠準(zhǔn)確加載到TDO_SM移位器并移出到邊界掃描鏈。

6.2 時(shí)鐘和復(fù)位策略

輸入時(shí)鐘（SCK）最高可達(dá)66MHz，輸出時(shí)鐘（TCK_SM）是SCK的分頻、寄存版本，可選擇為SCK的1/2、1/4、1/8等。外部硬件復(fù)位（RST）將與輸入時(shí)鐘同步，并與軟復(fù)位結(jié)合生成同步的內(nèi)部復(fù)位。在操作過(guò)程中，可通過(guò)向設(shè)置寄存器中的復(fù)位位寫入 '1' 來(lái)復(fù)位芯片。

6.3 軟件接口和寄存器定義

文檔詳細(xì)介紹了每個(gè)可尋址寄存器的定義，包括起始寄存器、狀態(tài)寄存器、中斷控制寄存器等。開(kāi)發(fā)者需要了解這些寄存器的功能和使用方法，以便正確配置和控制設(shè)備。

七、總結(jié)

SCANSTA101作為一款功能強(qiáng)大的低電壓IEEE 1149.1系統(tǒng)測(cè)試訪問(wèn)主設(shè)備，具有豐富的特性和靈活的架構(gòu)，為電子設(shè)備的測(cè)試和驗(yàn)證提供了全面的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，開(kāi)發(fā)者需要深入理解其架構(gòu)、電氣特性、寄存器定義等方面的內(nèi)容，合理配置和使用設(shè)備，以確保系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。同時(shí)，注意實(shí)際應(yīng)用中的各種細(xì)節(jié)，如部分長(zhǎng)字的讀寫、時(shí)鐘和復(fù)位策略等，能夠更好地發(fā)揮設(shè)備的性能。你在使用SCANSTA101的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。