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基于IP核实现PTN设备多链测试 　　【摘要】从PTN设备的设计挑战出发，介绍了IP核和基于IP核（BSCAN2）的多边界扫描链路实现方式，并对其应用提出了改进。 【关键词】边界扫描链路IP核BSCAN2 近年来数据业务特别是IP业务呈现出超摩尔定律的爆炸性增长，一切皆IP已经成为不可阻挡的趋势。也就是说业务的IP化趋势不可阻挡，而PTN以其低成本、高可靠和易维护的优势迅速替代MSTP成为主流的光传输产品。而大量细间距高密芯片的使用，使PTN设备电路的集成度越来越高，可供测试的物理节点越来越少，常规测试方法已无法检测和定位故障。对于电信级要求的PTN产品来说这是个大问题。本文提供的一种基于IP核的多边界扫描链路测试方式可以较好的解决该问题。 一、边界扫描技术 边界扫描技术[1]是联合测试行动组（Joint Test Action Group）提出的一种电路测试方法，也被称为JTAG。其核心思想是在芯片管脚和芯片内部的用户逻辑之间增加由移位寄存器构成的边界扫描单元，以实现测试向量的加载以及测试响应的捕获。基于边界扫描测试技术的故障诊断突破了管脚接触式检测理论，可以解决其他技术无法完成的超大规模集成电路的测试问题，极大地确保了电路设计，和生产的可靠性，非常适合PTN产品的高可靠性要求。 边界扫描测试要求设计人员将多个器件通过JTAG接口串联在一起，形成一个或多个边界扫描链，能实现对链内各器件分别测试。 二、IP核概述 IP（Intellectual Property）核是指具有独立知识产权的电路核，用于实现特定的电路功能和结构。其实质是一段具有特定电路功能的硬件描述语言程序，该程序与集成电路工艺无关，可以移植到不同的半导体工艺中去生产集成电路芯片。 目前各PLD厂商（Altera，Lattice等）均提供商用的IP核设计，这些IP核多针对PLD厂商各自的芯片进行优化设计，降低了系统跨厂商的可移植性；且该类IP核用户一般无法得到源代码。 与PLD厂商相对应的，国际上一些非盈利组织（如OpenCores等）和个人致力于自由IP核的发展，为电路设计人员提供免费开源的IP核。OpenCores是全世界最大的用于开发开源硬件IP核心的网站和社区。 三、PTN设备边界扫描面临的设计难点 在PTN设备的电路设计中，通常包含大量不同厂商，不同功能的边界扫描器件，以我司PTN产品为例，其使用了摩托罗拉，BCM，Lattice，美光等多家公司的MCU/FPGA/CPLD/FLASH，因此设计人员在实施边界扫描设计，把边界扫描器件串入扫描链时，通常面临着以下挑战：（1）扫描链路内器件串行的特点，使测试长扫描链路变得困难，因为在一个长扫描链路上任何一个器件的故障都会导致整个链路不能进行测试，很难隔离故障。此外，链路整体时钟频率受限于链路内TCK频率最低的器件，影响整个链路的测试速度。而将TCK低的器件从链里单独分离出来将显著改善测试速度。（2）由于器件工作电压不兼容，在一个长扫描链内就需要使用电平转换器，同样在长链内还需要用信号缓冲器对JTAG的控制信号进行缓冲，以保证信号完整性。（3）为了对非边界扫描的器件进行扩展测试，常需要对扫描链路进行规划和切割。另外一些芯片的ISP/ISE对TAP有特殊要求的也需要放在单独的链里。 针对上述的挑战，把长的边界扫描链分割成多个短链成了最好的解决方案，而在可编程逻辑器件上实例化IP核来实现扫描链的扩展是最经济的解决方案。 四、实例化IP核来实现扫描链的扩展 4.1技术优越性 由于可编程逻辑器件的使用，其自身具有的转换电压特性和可调驱动强度的能力，去除了原本长链中必须使用的电压转换器和缓冲器以及上拉/下拉电阻，器件的减少也降低了对电路板版面开销的要求，使得布线有更大的余地。同时也降低了产品的成本。另外，由IP核实现的多边界扫描端口链接器可以级联，可扩展足够多的子链路。这样使得故障检测和故障隔离更加容易；而TCK慢的器件可以放至单独的子链路，使用不同的测试时钟，从而提高了整体测试效率。同时由IP核实现的多边界扫描端口链接器，硬件成本只要RMB10元，假如该方案是利用现有电路设计中已有PLD冗余的I/O资源来实现，那就基本不增加成本。因此是很经济的方案。 4.2BSCN2实现的边界扫描控制器应用实例 BSCAN2是莱迪思公司提供的IP软核[2]，适用于莱迪思公司的可编程逻辑器件，其功能是提供多个边界扫描端口的链接器。BSCAN2参考设计可免费从莱迪思的网站上下载，根据应用的需要，用户可以对HDL源码进行修改。BSCAN2允许连接多达8个子链路到一个边界扫描测试接口，且多个BSCAN2可以级联在一起以进一步增加可用的子链路数