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如何透過邊界掃描來解鎖IC內部的測試能力？
在當今電子產品快速發展的時代，邊界掃描技術已經成為測試和調試集成電路(Integrated Circuit, IC)的重要工具。這種方法能夠在電路板上測試各種互連線路，特別適用於內部的邏輯塊和記憶體模塊。邊界掃描技術由聯合測試行動組（Joint Test Action Group, JTAG）於1990年制定並標準化，並被廣泛應用於全球電子設備公司之中。
邊界掃描技術使得設計者能在不使用物理探針的情況下，透過集成的測試能力實現電路的全面性測試。
邊界掃描架構的核心在於每個IC針腳的測試單元。這些測試單元可以根據需要選擇性地覆蓋原有的針腳功能。每個測試單元相互連接，形成一個邊界掃描移位寄存器，並與JTAG測試接入端（Test Access Port, TAP）控制器結合運作。通過這種結構，在正確設置測試模式的情況下，能夠輕鬆地驅動信號並讀取結果。
邊界掃描的內部架構
為了實現邊界掃描能力，IC供應商在各自的設備中添加了額外的邏輯，包括每個外部連接通道的掃描單元。這些單元連接成一個統一的邊界掃描寄存器（Boundary Scan Register, BSR），並且配置有四個或更多的額外針腳以及控制電路支持。
JTAG指令可用於操作這些內部掃描鏈，讓集成的組件能像單獨芯片一樣被測試，從而大大提升測試的效率和準確性。
在正常操作中，這些額外的邊界掃描鎖存單元不會影響電路的運行，因此從根本上是不可見的。然而，進入測試模式後，這些鎖存單元允許數據流從一個鎖存器轉移到另一個鎖存器，並能夠將固定的數據傳送到外部信號。
測試機制的運用
透過邊界掃描單元，測試系統可以設置特定的測試條件，並通過時鐘信號將相關的狀態回饋到測試系統中進行分析。隨著現今電路板上組件和連線的密集性，不容易直接實現物理測試，這進一步突顯了邊界掃描技術的必要性。
邊界掃描技術為當今芯片和電路板設計中的測試考量提供了一個有效解決方案，對於高密度元件的測試尤為重要。
許多現代測試系統支持設計自測試（Design-for-Testability）的方法，通過標準化的邊界掃描測試向量來促進測試的進行。這些測試向量常常被以串行向量格式（Serial Vector Format, SVF）等方式交付，極大地便利了測試流程。
JTAG測試操作的深入
設備通過一系列的輸入和輸出針腳來與外界溝通。這些針腳的獨立性雖然提供了有限的可見性，但邊界掃描技術使得每一個信號針腳都有其專用的移位寄存器細胞，創造了虛擬接入能力，讓使用者能夠直接控制裝置並觀察其輸出。
邊界掃描寄存器的內容通常由製造商使用特定的BSDL文件來描述，這為不同型號的設備提供了個別定義。
測試過程涉及多個測試向量，其中每個向量驅動某些信號，然後檢查響應是否符合預期。邊界掃描單元的靈活性使得它們可以被配置為支持外部測試以檢查芯片間的互連，或者進行內部邏輯測試。
板上測試基礎設施
高端商業JTAG測試系統允許從CAD或EDA系統導入設計網絡清單及BSDL模型，自動生成測試應用。其中常見的測試類型包括掃描路徑基礎設施、邊界掃描設備針對針的互連、以及邊界掃描針與記憶體設備之間的連接測試等。
這些系統不僅限於測試，還支持系統內程序的編程，提供了一整套全面的測試解決方案。
這種已經商業化的測試解決方案對於專業的板上測試工作者來說至關重要，並且通常需要幾千美元的投資以獲得完整的系統。這些系統甚至可提供診斷選項，精確定位開路和短路等故障，並可能提供圖形化的故障顯示。
調試功能的揭示
邊界掃描架構不僅限於測試，還在嵌入式系統的開發階段提供了諸多輔助功能。利用JTAG TAP，開發者可以將其轉換為一個低速的邏輯分析儀，大大提高了設計過程中的可控制性。
隨著科技的進步，邊界掃描技術的應用範圍愈加廣泛，是否能在未來的電子產品中持續發揮更大的作用，就取決於我們如何進一步開發和優化這項技術了嗎？
