SCANSTA111：增強(qiáng)型掃描橋接多分支可尋址IEEE 1149.1（JTAG）端口芯片詳解

在電子設(shè)備的測試與調(diào)試過程中，IEEE 1149.1（JTAG）標(biāo)準(zhǔn)發(fā)揮著重要作用。而TI的SCANSTA111芯片則是該標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型實(shí)現(xiàn)，它為多分支測試總線環(huán)境帶來了更強(qiáng)大的功能。今天，我們就來深入了解一下這款芯片。

文件下載：SCANSTA111SM.pdf

一、芯片特性

1. 真正的IEEE 1149.1分層和多分支可尋址能力

7個插槽輸入支持多達(dá)121個唯一地址、一個詢問地址、一個廣播地址和4個多播組地址（地址000000保留），這為系統(tǒng)提供了豐富的尋址選擇，工程師們可以根據(jù)實(shí)際需求靈活配置。

2. 3個兼容IEEE 1149.1的可配置本地掃描端口

通過模式寄存器0，本地TAP可以被旁路、單獨(dú)插入掃描鏈或按2個或3個一組串行插入。透明模式只需一條指令即可啟用，方便地將背板IEEE 1149.1引腳緩沖到單個本地掃描端口，這大大提高了測試的靈活性和效率。

3. 其他實(shí)用特性

• LSP ACTIVE輸出為支持IEEE 1149.4的模擬總線提供本地端口使能信號。
• 通用本地端口直通位可用于為FPGA編程提供寫脈沖或監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)。
• 具有已知的上電狀態(tài)，所有本地掃描端口都有TRST。
• 32位TCK計(jì)數(shù)器和16位LFSR簽名壓縮器，方便進(jìn)行內(nèi)置自測試操作。
• 本地TAP可通過OE輸入變?yōu)槿龖B(tài)，允許備用測試主設(shè)備控制本地TAP。
• 工作電壓范圍為3.0 - 3.6V Vcc，支持帶電插拔，并且在電源關(guān)閉時輸入和輸出為高阻抗。

二、芯片描述

SCANSTA111將IEEE Std. 1149.1測試總線擴(kuò)展到多分支測試總線環(huán)境。與單串行掃描鏈相比，多分支方法的優(yōu)勢在于提高了測試吞吐量，并且能夠從系統(tǒng)中移除一塊板，同時仍能對其余模塊進(jìn)行測試訪問。每個SCANSTA111支持多達(dá)3個本地IEEE 1149.1掃描環(huán)，這些掃描環(huán)可以單獨(dú)訪問或串行組合。通過將指令寄存器加載與插槽輸入匹配的值來完成尋址。背板和板間測試可以通過Park指令將本地TAP控制器置于穩(wěn)定的TAP控制器狀態(tài)之一輕松完成。32位TCK計(jì)數(shù)器允許在一個端口上執(zhí)行內(nèi)置自測試操作，同時對其他掃描鏈進(jìn)行測試。

三、芯片架構(gòu)

1. 主要功能塊

• TAP控制器：一個16狀態(tài)的狀態(tài)機(jī)，是設(shè)備的中央控制單元，控制著芯片的各種操作。
• 指令寄存器和測試數(shù)據(jù)寄存器：這些寄存器按照IEEE Std. 1149.1的定義工作，可通過掃描來實(shí)現(xiàn)SCANSTA111的各種功能。
• 選擇控制器：提供使1149.1協(xié)議在多分支環(huán)境中使用的功能，主要比較地址輸入和插槽標(biāo)識，使SCANSTA111能夠進(jìn)行后續(xù)的掃描操作。
• 本地掃描端口網(wǎng)絡(luò)（LSPN）：包含用于選擇不同端口配置的復(fù)用邏輯，其控制塊包含每個本地掃描端口的本地掃描端口控制器（LSPC），該控制塊接收來自SCANSTA111指令寄存器、模式寄存器和TAP控制器的輸入。

四、引腳描述

芯片的引腳眾多，每個引腳都有其特定的功能，下面為大家列舉一些重要引腳：

• 電源和地引腳：VCC和GND為芯片提供電源和接地。
• 背板相關(guān)引腳：TMSB、TDIB、TDOB、TCKB、TRSTB用于背板測試模式選擇、測試數(shù)據(jù)輸入輸出、時鐘輸入和測試復(fù)位。
• 插槽標(biāo)識引腳：S(0 - 6)用于識別每個SCANSTA111在系統(tǒng)背板上的唯一地址。
• 本地掃描端口引腳：TDO(0 - 2)、TDI(0 - 2)、TMS(0 - 2)、TCK(0 - 2)、TRST(0 - 2)用于本地掃描端口的測試數(shù)據(jù)輸入輸出、模式選擇、時鐘輸出和復(fù)位。
• 其他引腳：如AB、YB用于背板直通輸入輸出，OE用于本地掃描端口的輸出使能，LSP_ACTIVE用于本地模擬測試總線使能等。

五、應(yīng)用概述

1. 尋址方案

SCANSTA111通過補(bǔ)充尋址方案擴(kuò)展了IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)的功能，允許測試控制器與網(wǎng)絡(luò)中的特定SCANSTA111進(jìn)行通信。該芯片提供兩級測試網(wǎng)絡(luò)分區(qū)能力：

• 一級協(xié)議：測試控制器可以選擇單個SCANSTA111、特定的SCANSTA111集合（多播組）或所有SCANSTA111（廣播）。
• 二級協(xié)議：在每個選定的SCANSTA111內(nèi)，測試控制器可以選擇芯片的一個或多個本地掃描端口，從而選擇整體掃描網(wǎng)絡(luò)中的特定終端掃描鏈。

2. 分層支持

多個SCANSTA111可以用于組裝分層邊界掃描樹。系統(tǒng)測試儀可以配置一組SCANSTA111的本地端口，將特定的本地掃描鏈連接到活動掃描鏈，從而選擇性地與目標(biāo)系統(tǒng)的特定部分進(jìn)行通信。

六、狀態(tài)機(jī)

SCANSTA111包含三個不同但相互耦合的狀態(tài)機(jī)：

• TAP控制狀態(tài)機(jī)：用于按照1149.1標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動SCANSTA111的掃描端口。
• SCANSTA111選擇狀態(tài)機(jī)：執(zhí)行地址匹配，實(shí)現(xiàn)芯片的多分支能力，支持單SCANSTA111訪問、多播和廣播，實(shí)現(xiàn)一級協(xié)議。
• 掃描端口配置狀態(tài)機(jī)：用于控制本地掃描端口插入或隔離到整體掃描鏈中，實(shí)現(xiàn)部分二級協(xié)議。每個本地端口可以處于四種穩(wěn)定狀態(tài)之一，并且可以單獨(dú)或與其他本地端口同時停放或解停放。

七、測試儀與SCANSTA111接口

IEEE 1149.1系統(tǒng)測試儀通過SCANSTA111的背板掃描端口發(fā)送指令。在測試邏輯復(fù)位后，SCANSTA111的選擇狀態(tài)機(jī)處于等待地址狀態(tài)。當(dāng)TAP控制器進(jìn)入Shift - IR狀態(tài)時，通過TDIB輸入移入的數(shù)據(jù)被移入指令寄存器。通過地址識別邏輯比較指令寄存器的7個最低有效位與S(0 - 6)輸入上的7位分配地址，若匹配則SCANSTA111被選中，否則進(jìn)入未選中狀態(tài)。一旦選中，就可以使用二級協(xié)議訪問芯片的各種寄存器。

八、寄存器集

SCANSTA111包含多個寄存器，用于選擇和配置、掃描數(shù)據(jù)操作和掃描支持操作，主要包括指令寄存器、邊界掃描寄存器、旁路寄存器、設(shè)備識別寄存器、多播組寄存器、模式寄存器等。這些寄存器在芯片的正常運(yùn)行和測試過程中發(fā)揮著重要作用。

九、尋址模式

1. 直接尋址

每個SCANSTA111必須通過S(0 - 6)輸入靜態(tài)配置一個唯一地址。當(dāng)TAP控制器進(jìn)入測試邏輯復(fù)位狀態(tài)或指令寄存器更新為GOTOWAIT指令時，SCANSTA111進(jìn)入等待地址狀態(tài)。在Update - IR狀態(tài)下，比較指令寄存器的7個LSB與S(0 - 6)輸入上的地址，若匹配則選中，否則未選中。

2. 廣播尋址

廣播地址允許測試儀同時選擇測試網(wǎng)絡(luò)中的所有SCANSTA111。為避免不同板上掃描路徑輸出驅(qū)動器之間的總線爭用，在廣播模式下每個SCANSTA111的TDOB緩沖器始終為三態(tài)。

3. 多播尋址

SCANSTA111的多播組寄存器（MCGR）可以編程為將其分配到四個多播組之一。當(dāng)處于等待地址狀態(tài)的SCANSTA111更新為多播地址時，所有MCGR與多播組匹配的SCANSTA111將被選中，TDOB在多播模式下也始終為三態(tài)。

SCANSTA111芯片以其豐富的特性和強(qiáng)大的功能，為電子工程師在多分支測試總線環(huán)境下的設(shè)計(jì)和測試工作提供了有力的支持。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似芯片的使用問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。