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如何透过边界扫描来解锁IC内部的测试能力？
在当今电子产品快速发展的时代，边界扫描技术已经成为测试和调试集成电路(Integrated Circuit, IC)的重要工具。这种方法能够在电路板上测试各种互连线路，特别适用于内部的逻辑块和记忆体模块。边界扫描技术由联合测试行动组（Joint Test Action Group, JTAG）于1990年制定并标准化，并被广泛应用于全球电子设备公司之中。
边界扫描技术使得设计者能在不使用物理探针的情况下，透过集成的测试能力实现电路的全面性测试。
边界扫描架构的核心在于每个IC针脚的测试单元。这些测试单元可以根据需要选择性地覆盖原有的针脚功能。每个测试单元相互连接，形成一个边界扫描移位寄存器，并与JTAG测试接入端（Test Access Port, TAP）控制器结合运作。通过这种结构，在正确设置测试模式的情况下，能够轻松地驱动信号并读取结果。
边界扫描的内部架构
为了实现边界扫描能力，IC供应商在各自的设备中添加了额外的逻辑，包括每个外部连接通道的扫描单元。这些单元连接成一个统一的边界扫描寄存器（Boundary Scan Register, BSR），并且配置有四个或更多的额外针脚以及控制电路支持。
JTAG指令可用于操作这些内部扫描链，让集成的组件能像单独芯片一样被测试，从而大大提升测试的效率和准确性。
在正常操作中，这些额外的边界扫描锁存单元不会影响电路的运行，因此从根本上是不可见的。然而，进入测试模式后，这些锁存单元允许数据流从一个锁存器转移到另一个锁存器，并能够将固定的数据传送到外部信号。
测试机制的运用
透过边界扫描单元，测试系统可以设置特定的测试条件，并通过时钟信号将相关的状态回馈到测试系统中进行分析。随着现今电路板上组件和连线的密集性，不容易直接实现物理测试，这进一步突显了边界扫描技术的必要性。
边界扫描技术为当今芯片和电路板设计中的测试考量提供了一个有效解决方案，对于高密度元件的测试尤为重要。
许多现代测试系统支持设计自测试（Design-for-Testability）的方法，通过标准化的边界扫描测试向量来促进测试的进行。这些测试向量常常被以串行向量格式（Serial Vector Format, SVF）等方式交付，极大地便利了测试流程。
JTAG测试操作的深入
设备通过一系列的输入和输出针脚来与外界沟通。这些针脚的独立性虽然提供了有限的可见性，但边界扫描技术使得每一个信号针脚都有其专用的移位寄存器细胞，创造了虚拟接入能力，让使用者能够直接控制装置并观察其输出。
边界扫描寄存器的内容通常由制造商使用特定的BSDL文件来描述，这为不同型号的设备提供了个别定义。
测试过程涉及多个测试向量，其中每个向量驱动某些信号，然后检查响应是否符合预期。边界扫描单元的灵活性使得它们可以被配置为支持外部测试以检查芯片间的互连，或者进行内部逻辑测试。
板上测试基础设施
高端商业JTAG测试系统允许从CAD或EDA系统导入设计网络清单及BSDL模型，自动生成测试应用。其中常见的测试类型包括扫描路径基础设施、边界扫描设备针对针的互连、以及边界扫描针与记忆体设备之间的连接测试等。
这些系统不仅限于测试，还支持系统内程序的编程，提供了一整套全面的测试解决方案。
这种已经商业化的测试解决方案对于专业的板上测试工作者来说至关重要，并且通常需要几千美元的投资以获得完整的系统。这些系统甚至可提供诊断选项，精确定位开路和短路等故障，并可能提供图形化的故障显示。
调试功能的揭示
边界扫描架构不仅限于测试，还在嵌入式系统的开发阶段提供了诸多辅助功能。利用JTAG TAP，开发者可以将其转换为一个低速的逻辑分析仪，大大提高了设计过程中的可控制性。
随着科技的进步，边界扫描技术的应用范围愈加广泛，是否能在未来的电子产品中持续发挥更大的作用，就取决于我们如何进一步开发和优化这项技术了吗？
