專利名稱：一種基于邊界掃描機(jī)制的電路系統(tǒng)機(jī)內(nèi)測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)內(nèi)測試裝置，具體涉及一種基于邊界掃描機(jī)制的電路系統(tǒng)機(jī)內(nèi)測試
>J-U ρ α裝直。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星、飛船等航天飛行器的成功發(fā)射與安全運(yùn)行具有重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)影響。電路系統(tǒng)是航天飛行器極為重要的組成部分，為了保證航天飛行器電路系統(tǒng)的可靠性， 在發(fā)射前，必須進(jìn)行充分的測試，通過測試覆蓋飛行器電路系統(tǒng)所有可能發(fā)生的故障來確保發(fā)射的可靠性和安全性。為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)要求，必須從航天飛行器電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)開始就全面考慮測試性能的需求，通過嵌入機(jī)內(nèi)測試裝置來提高其測試診斷能力。機(jī)內(nèi)測試(BIT :Built_in test)是產(chǎn)品或設(shè)備本身為故障檢測與診斷提供的自動(dòng)測試能力。完成BIT功能的硬件被稱為機(jī)內(nèi)測試裝置BITE (Built-in Test Equipment) 機(jī)內(nèi)測試裝置。不同于傳統(tǒng)的故障診斷與監(jiān)控技術(shù)，BIT技術(shù)包含了一種新的“測試性設(shè)計(jì)” 概念它要求在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的開始就考慮測試問題，并同時(shí)進(jìn)行測試性設(shè)計(jì)，通過良好的結(jié)構(gòu)化和層次性設(shè)計(jì)，利用設(shè)計(jì)在產(chǎn)品內(nèi)部的自測試裝置對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測試與診斷，BITE在電路系統(tǒng)的測試與診斷中具有廣泛的應(yīng)用。在電路系統(tǒng)BITE的設(shè)計(jì)過程中，要求盡可能全面地獲取電路系統(tǒng)的狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)較高的故障覆蓋率。傳統(tǒng)BITE設(shè)計(jì)中主要采用基于功能測試的測試信息獲取方法，直接通過被測設(shè)備的輸入/輸出端口進(jìn)行“黑箱”測試，電路內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)通過“敏化”處理映射到原始輸入/輸出端口。對(duì)于航天飛行器，由于廣泛應(yīng)用了超大規(guī)模集成電路，其功能和結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，采用傳統(tǒng)“黑箱”測試方法進(jìn)行BITE設(shè)計(jì)的過程中，進(jìn)行“敏化”處理相當(dāng)困難，而且內(nèi)部節(jié)點(diǎn)能進(jìn)行“敏化”的數(shù)量有限，所能實(shí)現(xiàn)的故障覆蓋率有限，難以滿足諸如航天飛行器電路系統(tǒng)測試的需求。此外，航天飛行器電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中通常采用層次化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括分系統(tǒng)級(jí)、電路板級(jí)、元器件級(jí)等多層次，在BITE的設(shè)計(jì)過程中需要考慮各層次故障的逐級(jí)檢測與隔離。針對(duì)超大規(guī)模集成電路的BITE設(shè)計(jì)問題，IEEEl 149. I標(biāo)準(zhǔn)提供了一種基于邊界掃描機(jī)制的解決方案。邊界掃描機(jī)制的主要思想是通過在芯片管腳和芯片內(nèi)部邏輯電路之間，即芯片的邊界上增加邊界掃描單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片管腳狀態(tài)的串行設(shè)定和讀取，從而提供從元器件級(jí)到電路板級(jí)乃至系統(tǒng)級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)測試框架。邊界掃描機(jī)制的應(yīng)用可以大大地提高超大規(guī)模集成電路BITE測試信息獲取的能力，進(jìn)而提高其故障檢測率與隔離率。目前， 國內(nèi)外元器件生產(chǎn)廠商為爭奪市場占有率，在大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)和制造中紛紛采用邊界掃描機(jī)制，把邊界掃描測試所需的硬件資源集成在芯片內(nèi)，提供了元器件級(jí)的基于邊界掃描機(jī)制的機(jī)內(nèi)測試平臺(tái)。但針對(duì)衛(wèi)星、飛船等航天飛行器中的復(fù)雜電路系統(tǒng)，由于結(jié)構(gòu)組成層次多，電路復(fù)雜，目前缺少有效的機(jī)內(nèi)自測試手段，自測試與診斷能力不強(qiáng)，主要依靠充分的地面測試來保證系統(tǒng)的可靠性與安全性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于通過設(shè)計(jì)一種基于邊界掃描機(jī)制的電路系統(tǒng)機(jī)內(nèi)測試裝置，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星等航天飛行器復(fù)雜電路系統(tǒng)分系統(tǒng)級(jí)、電路板級(jí)、元器件級(jí)等不同級(jí)別故障的分層診斷與定位，并為其他類似復(fù)雜電路系統(tǒng)機(jī)內(nèi)測試裝置的設(shè)計(jì)提供參考。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是基于邊界掃描機(jī)制的電路系統(tǒng)機(jī)內(nèi)測試裝置采取分層集成BITE結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括分系統(tǒng)級(jí)BITE、電路板級(jí)BITE，元器件級(jí)BITE ;所述分系統(tǒng)級(jí)BITE通過系統(tǒng)級(jí)高速數(shù)據(jù)總線與外部數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)互連，往下一級(jí)通過系統(tǒng)級(jí)測試和維修總線與所述電路板級(jí)BITE 及其它分系統(tǒng)中其它被測電路板互連，所述電路板級(jí)BITE往下一級(jí)通過邊界掃描測試總線與元器件級(jí)BITE及電路板中其它元器件互連。所述分系統(tǒng)級(jí)BITE由測試生成、測試矢量庫、故障診斷、通訊接口 I、通訊接口 2單元組成；所述測試生成單元的輸出連接到測試矢量庫單元和故障診斷單元；測試矢量庫的輸出與通訊接口 I和故障診斷單元連接；通訊接口 2與外部數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)連接；通訊接口 I 與電路板級(jí)BI TE連接。所述電路板級(jí)BITE由測試控制、響應(yīng)分析、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、板上記錄與報(bào)警、通訊接口單元組成；其中測試控制單元是電路板級(jí)BITE的核心，其輸入連接到通訊接口單元，通訊接口單元通過系統(tǒng)級(jí)測試和維修總線連接到分系統(tǒng)級(jí)BITE ;測試控制單元包括邊界掃描測試控制和傳統(tǒng)電路BIT啟動(dòng)控制兩個(gè)模塊，其中，邊界掃描測試控制模塊的輸出通過邊界掃描總線連接到邊界掃描器件以及外加邊界掃描功能器件；邊界掃描器件以及外加邊界掃描功能器件的響應(yīng)輸出連接到響應(yīng)分析單元；邊界掃描測試控制模塊的輸出也連接到響應(yīng)分析單元；傳統(tǒng)電路BIT啟動(dòng)控制模塊的輸出連接到各種傳統(tǒng)電路測試單元；傳統(tǒng)電路測試各單元的輸出連接到數(shù)據(jù)采集單元；數(shù)據(jù)采集單元和響應(yīng)分析單元的輸出連接到數(shù)據(jù)處理單元；數(shù)據(jù)處理單元輸出連接到通訊接口和板上記錄與報(bào)警單元。元器件級(jí)BITE則是由生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)于元器件內(nèi)部具有自測試功能的接口電路。 分系統(tǒng)級(jí)BITE和電路板級(jí)BITE間通過系統(tǒng)級(jí)測試和維修總線連接；電路板級(jí)BITE和元器件級(jí)BITE之間通過邊界掃描測試總線實(shí)現(xiàn)連接。本發(fā)明具有分層集成結(jié)構(gòu)的新型BITE，可以綜合利用下級(jí)BITE較強(qiáng)的信息獲取能力和上級(jí)BITE強(qiáng)大的信息處理能力，從而提高復(fù)雜電路系統(tǒng)整體測試能力。該結(jié)構(gòu)既有利于實(shí)現(xiàn)橫向各BITE的并行測試，又便于實(shí)現(xiàn)縱向各級(jí)BITE的測試復(fù)用，從而既提高測試效率，又降低測試生成費(fèi)用。本發(fā)明裝置可以提高復(fù)雜電路系統(tǒng)測試診斷能力，該裝置利用基于邊界掃描的機(jī)制，通過分層設(shè)計(jì)復(fù)雜電路系統(tǒng)的嵌入式機(jī)內(nèi)自測試裝置，可用于提高衛(wèi)星、飛船等航天飛行器等復(fù)雜電路系統(tǒng)的測試診斷能力。下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的實(shí)施方案。


圖I是本發(fā)明的分層集成BITE結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的分系統(tǒng)級(jí)BITE結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明的電路板級(jí)BITE結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明的元器件級(jí)BITE結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明采用分層集成的BITE結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由分系統(tǒng)級(jí)BITE、電路板級(jí)BITE，元器件級(jí)BITE組成。如圖I所示，其中，分系統(tǒng)級(jí)BITE通過系統(tǒng)級(jí)高速數(shù)據(jù)總線(如1553B總線)與外部數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)互連，往下一級(jí)通過系統(tǒng)級(jí)測試和維修總線(如CAN總線)與電路板級(jí)BITE及其它分系統(tǒng)中其它被測電路板互連，電路板級(jí)BITE往下一級(jí)通過邊界掃描測試總線與元器件級(jí)BITE及電路板中其它元器件互連。分系統(tǒng)級(jí)BITE由測試生成、測試矢量庫、故障診斷、通訊接口 I、通訊接口 2等五個(gè)單元組成，如圖2所示。測試生成單元的輸出連接到測試矢量庫單元和故障診斷單元，測試生成單元依據(jù)電路板的結(jié)構(gòu)信息，針對(duì)不同的故障診斷指標(biāo)要求，應(yīng)用等權(quán)值算法、測試信息壓縮等邊界掃描算法生成測試矢量，并將測試矢量存貯到測試矢量庫單元并提供給故障診斷單元用于故障診斷分析。測試矢量庫單元用于存儲(chǔ)測試生成單元生成的能完成不同測試任務(wù)的測試矢量。 測試矢量庫的輸出與通訊接口 I連接，通過通訊接口 I加載測試矢量給電路板級(jí)BITE以執(zhí)行相應(yīng)的測試；測試矢量庫的輸出同時(shí)也連接到故障診斷單元，用作故障診斷單元的輸入， 實(shí)現(xiàn)故障診斷。故障診斷單元與通訊接口 I連接，一方面接收電路板級(jí)BITE的測試輸出數(shù)據(jù)，并參考測試矢量庫中相應(yīng)的測試矢量，采用邏輯運(yùn)算的方法，對(duì)電路板級(jí)BITE所在的被測電路板故障進(jìn)行診斷，精確定位故障。故障診斷單元同時(shí)與通訊接口 2互接，通訊接口 2與外部數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)連接，從而實(shí)現(xiàn)將診斷結(jié)果上傳到外部數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，并接收外部指令。通訊接口 I與電路板級(jí)BITE連接，用于在分系統(tǒng)級(jí)BITE和電路板級(jí)BITE中傳輸數(shù)據(jù)。通訊接口 2用于在系統(tǒng)級(jí)BITE和外部數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)。電路板級(jí)BITE由測試控制、響應(yīng)分析、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、板上記錄與報(bào)警、通訊接口等單元組成，如圖3所示。其中測試控制單元是電路板級(jí)BITE的核心，其輸入連接到通訊接口單元，通訊接口單元通過系統(tǒng)級(jí)測試和維修總線連接到分系統(tǒng)級(jí)BITE，測試控制單元通過通訊接口單元接收分系統(tǒng)級(jí)BITE所發(fā)出的進(jìn)行邊界掃描測試的測試指令、測試矢量以及進(jìn)行傳統(tǒng)BIT測試的測試指令。測試控制單元包括邊界掃描測試控制和傳統(tǒng)電路BIT啟動(dòng)控制兩個(gè)模塊。其中，邊界掃描測試控制模塊的輸出通過邊界掃描總線連接到邊界掃描器件以及外加邊界掃描功能器件。邊界掃描測試控制模塊接收分系統(tǒng)級(jí)BITE發(fā)出的進(jìn)行邊界掃描測試的測試指令與測試矢量，并通過邊界掃描總線，將邊界掃描測試矢量加載到被測試的邊界掃描器件和外加邊界掃描功能器件上。邊界掃描器件以及外加邊界掃描功能器件的響應(yīng)輸出連接到響應(yīng)分析單元，邊界掃描測試控制模塊的輸出也連接到響應(yīng)分析單元，控制響應(yīng)分析單元收集相應(yīng)的測試響應(yīng)，并對(duì)測試響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取反映電路工作狀態(tài)的特征信息，實(shí)現(xiàn)邊界掃描測試。傳統(tǒng)電路BIT啟動(dòng)控制模塊的輸出連接到各種傳統(tǒng)被測電路測試單元，如普通模塊電路測試單元、數(shù)?；旌想娐窚y試單元、功率電路測試單元以及光電電路測試單元等。傳統(tǒng)電路BIT啟動(dòng)控制模塊接收分系統(tǒng)級(jí)BITE所發(fā)出的進(jìn)行傳統(tǒng)電路BIT測試的指令，啟動(dòng)相應(yīng)被測電路單元上的BITE測試，進(jìn)行傳統(tǒng)電路BIT測試。傳統(tǒng)電路測試各單元的輸出連接到數(shù)據(jù)采集單元，數(shù)據(jù)采集單元將傳統(tǒng)電路BIT 單元輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)采集，并將采集到的數(shù)據(jù)送至數(shù)據(jù)處理單元。數(shù)據(jù)處理單元的輸入連接到響應(yīng)分析單元以及數(shù)據(jù)采集單元，分別接收響應(yīng)分析單元的輸出與數(shù)據(jù)采集單元的輸出，根據(jù)所接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行被測電路的故障快速識(shí)別。針對(duì)邊界掃描測試數(shù)據(jù)，主要應(yīng)用布爾矩陣推理方法快速識(shí)別故障；對(duì)于傳統(tǒng)電路BIT測試數(shù)據(jù)，主要應(yīng)用閾值判決方法快速識(shí)別故障。數(shù)據(jù)處理單元輸出連接到通訊接口，將BIT數(shù)據(jù)或分析結(jié)果傳送給分系統(tǒng)級(jí)BITE ;數(shù)據(jù)處理單元輸出同時(shí)也連接到板上記錄與報(bào)警單元，板上記錄與報(bào)警單元主要功能是記錄電路板級(jí)BITE的故障識(shí)別結(jié)果，并將故障代碼顯示在板上的數(shù)碼顯示屏上。通訊接口單元實(shí)現(xiàn)電路板級(jí)BITE與分系統(tǒng)級(jí)BITE的接口。通訊接口單元的物理層由硬件電路構(gòu)成，數(shù)據(jù)通訊等主要工作由微處理器根據(jù)系統(tǒng)級(jí)測試和維修總線協(xié)議編程實(shí)現(xiàn)。電路板級(jí)BITE結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)是以微處理器為核心，智能化水平較高。微處理器強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力與編程靈活性，為BIT的靈活配置和調(diào)整提供了技術(shù)途徑，通過編程可以方便地實(shí)現(xiàn)BIT的測試生成、響應(yīng)分析和通訊接口配置等多項(xiàng)工作。另外該BITE結(jié)構(gòu)兼容了傳統(tǒng)電路BIT技術(shù)，適應(yīng)范圍較廣，可以實(shí)現(xiàn)不同種類電路BIT的綜合，能夠滿足航天飛行器等航天產(chǎn)品中一般電路板的測試需求。元器件級(jí)BITE是設(shè)計(jì)在大規(guī)模集成電路內(nèi)部具有邊界掃描功能的測試接口，為最底層的BITE。元器件級(jí)BITE由器件測試接口單元、內(nèi)部邏輯電路及邊界掃描單元組成， 通過邊界掃描測試總線與電路板級(jí)BITE進(jìn)行通訊，如圖4所示。其中邊界掃描單元是元器件級(jí)BITE的核心，邊界掃描單元與器件測試接口連接，接受邊界掃描單元的控制，器件測試接口通過邊界掃描測試總線與極級(jí)BITE連接，同時(shí)器件測試接口與元器件自身的內(nèi)部邏輯電路連接，在邊界掃描單元的控制下完成對(duì)內(nèi)部邏輯電路的測試，并將結(jié)果反饋給電路板級(jí)BITE。具有圖4所示結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)邊界掃描自測試功能的元器件包括DSP、FPGA, 存貯器等多種類型的大規(guī)模集成電路。
權(quán)利要求
1.一種基于邊界掃描機(jī)制的電路系統(tǒng)機(jī)內(nèi)測試裝置，其特征是包括分系統(tǒng)級(jí)BITE、電路板級(jí)BITE，元器件級(jí)BITE ;所述分系統(tǒng)級(jí)BITE通過系統(tǒng)級(jí)高速數(shù)據(jù)總線與外部數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)互連，往下一級(jí)通過系統(tǒng)級(jí)測試和維修總線與所述電路板級(jí)BITE及其它分系統(tǒng)中其它被測電路板互連，所述電路板級(jí)BITE往下一級(jí)通過邊界掃描測試總線與元器件級(jí)BITE 及電路板中其它元器件互連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于邊界掃描機(jī)制的電路系統(tǒng)機(jī)內(nèi)測試裝置，其特征是所述分系統(tǒng)級(jí)BITE由測試生成、測試矢量庫、故障診斷、通訊接口 I、通訊接口 2單元組成；所述測試生成單元的輸出連接到測試矢量庫單元和故障診斷單元；測試矢量庫的輸出與通訊接口 I和故障診斷單元連接；通訊接口 2與外部數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)連接；通訊接口 I與電路板級(jí) BITE連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于邊界掃描機(jī)制的電路系統(tǒng)機(jī)內(nèi)測試裝置，其特征是所述電路板級(jí)BITE由測試控制、響應(yīng)分析、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、板上記錄與報(bào)警、通訊接口單元組成；其中測試控制單元是電路板級(jí)BITE的核心，其輸入連接到通訊接口單元，通訊接口單元通過系統(tǒng)級(jí)測試和維修總線連接到分系統(tǒng)級(jí)BITE;測試控制單元包括邊界掃描測試控制和傳統(tǒng)電路BIT啟動(dòng)控制兩個(gè)模塊，其中，邊界掃描測試控制模塊的輸出通過邊界掃描總線連接到邊界掃描器件以及外加邊界掃描功能器件；邊界掃描器件以及外加邊界掃描功能器件的響應(yīng)輸出連接到響應(yīng)分析單元；邊界掃描測試控制模塊的輸出也連接到響應(yīng)分析單元；傳統(tǒng)電路BIT啟動(dòng)控制模塊的輸出連接到各種傳統(tǒng)電路測試單元；傳統(tǒng)電路測試各單元的輸出連接到數(shù)據(jù)采集單元；數(shù)據(jù)采集單元和響應(yīng)分析單元的輸出連接到數(shù)據(jù)處理單元；數(shù)據(jù)處理單元輸出連接到通訊接口和板上記錄與報(bào)警單元。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于邊界掃描機(jī)制的電路系統(tǒng)機(jī)內(nèi)測試裝置，包括分系統(tǒng)級(jí)BITE、電路板級(jí)BITE，元器件級(jí)BITE；所述分系統(tǒng)級(jí)BITE通過系統(tǒng)級(jí)高速數(shù)據(jù)總線與外部數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)互連，往下一級(jí)通過系統(tǒng)級(jí)測試和維修總線與所述電路板級(jí)BITE及其它分系統(tǒng)中其它被測電路板互連，所述電路板級(jí)BITE往下一級(jí)通過邊界掃描測試總線與元器件級(jí)BITE及電路板中其它元器件互連。該裝置可以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星等航天飛行器復(fù)雜電路系統(tǒng)不同級(jí)別故障分層診斷與定位，并為其他航天產(chǎn)品電路系統(tǒng)機(jī)內(nèi)測試裝置的設(shè)計(jì)提供參考。
文檔編號(hào)G01R31/28GK102590733SQ201210073870
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月20日
發(fā)明者宋立軍, 李岳, 楊定新, 王南天, 胡政 申請(qǐng)人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)