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(多图) 基于SOPC的便携式边界扫描故障诊断仪

来源:无忧电子网 / 作者:哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院 彭立章 杨春玲?? 2007年09月20日 ?? 收藏0

?????? 边界扫描原理剖析

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边界扫描技术的核心思想在器件内部的核心逻辑与I/O引脚之间插入的边界扫描单元,它在芯片正常工作时是“透明”的,不影响电路板的正常工作。各边界扫描单元以串行方式连接成扫描链,通过扫描输入端将测试矢量以串行扫描的方式输入,对相应的引脚状态进行设定,实现测试矢量的加载;通过扫描输出端将系统的测试响应串行输出,进行数据分析与处理,完成电路系统的故障诊断及定位,边界扫描测试原理示意图如图1所示。

边界扫描测试基本原理示意图

????????????????????????????????????????????????????????????????? 图1 边界扫描测试基本原理示意图


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边界扫描测试的物理基础是IEEE1149.1边界扫描测试总线和设计在器件内的边界扫描结构,标准的边界扫描结构如图2所示。其中边界扫描测试总线由测试数据输入(TDI)、测试数据输出(TDO)、测试时钟(TCK) 、测试模式选择(TMS)和复位信号(TRST)五根信号线组成。而标准的边界扫描结构就是在器件内部的核心逻辑I/O引脚增加了边界扫描单元(BSC),同时还增加了和边界扫描测试相关的指令寄存器、数据寄存器、测试访问端口TAP控制器等电路。在测试状态时,边界扫描结构可以对数据寄存器或指令寄存器进行操作,即从TDI端口把测试矢量移入边界扫描单元,从TDO端口把测试响应移出。




标准边界扫描结构

????????????????????????????????????????????????????????????????????? 图2 标准边界扫描结构

?????? 总体设计方案

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便携式边界扫描故障诊断仪需要根据被测系统电路的描述文件生成边界扫描测试矢量,然后转换为IEEE1149.1边界扫描测试总线信号自动加载到被测系统中,同时从TDI引脚自动读取边界扫描测试响应进行分析处理,根据边界扫描相应算法作出故障诊断决策及定位隔离,最后通过LCD显示诊断结果。本文采用片上可编程系统解决方案将便携式故障诊断仪进行软硬件协同设计在一片FPGA上,使所设计的电路系统在其规模、可靠性、体积、功耗、上市周期、开发成本、产品维护及硬件升级等多方面实现最优化(整体结构示意图如图3所示)。

便携式边界扫描故障诊断仪电路结构示意图

???????????????????????????????????????????????????????图3 便携式边界扫描故障诊断仪电路结构示意图

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?????? 硬件设计

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本文采用Altera公司嵌入软核Nios处理器的FPGA作为载体来实现边界扫描故障诊断仪的SOPC系统。边界扫描故障诊断仪主要实现边界扫描测试矢量的生成、JTAG总线信号发生器、边界扫描故障诊断应用软件、故障显示等功能,是便携式边界扫描故障诊断系统的核心。利用SOPC Builder创建Nios软核CPU并进行数化配置,同时构建储存器、计时器、LCD接口组件、IEEE1149.1测试总线用户逻辑为一体的SOPC系统,边界扫描故障诊断片上可编程系统内部模块配置图如图4所示。

边界扫描故障诊断SOPC系统内部模块配制图

???????????????????????????????????????????????????????? 图4 边界扫描故障诊断SOPC系统内部模块配制图

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本文利用向导式界面灵活定制边界扫描故障诊断系统,采用标准型Nios II软核处理器,并添加了4K字节的指令缓存Cache。同时为了方便调试边界扫描故障诊断系统的软硬件,在处理器模块中添加JTAG调试单元,在SOPC系统软硬件调试成功且能独立运行后,也可以将JTAG调试单元去掉。


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