JTAG边界扫描在FPGA中的应用与设计

"JTAG边界扫描在FPGA中的应用及电路设计" JTAG（Joint Test Action Group）边界扫描是一种广泛使用的集成电路测试技术，主要遵循IEEE 1149.1标准。这一技术允许对数字电路板上的元件进行功能测试、互连检查以及系统级别的调试。在FPGA（Field-Programmable Gate Array）中，JTAG边界扫描不仅用于电路板级测试，还兼顾芯片内部功能的验证，同时提供了一种通过JTAG接口对FPGA进行配置和编程的方式。 边界扫描测试的核心在于其边界扫描链，它由一系列寄存器组成，这些寄存器沿着芯片的输入/输出（I/O）端口排列。每个寄存器可以捕获并存储输入数据，同时将输出数据注入到电路中。这种设计使得在不改变正常信号路径的情况下，可以独立地测试每个I/O端口和与其相连的电路。此外，边界扫描链还能用于读取内部状态，这对于故障定位和系统级测试至关重要。 在FPGA中应用JTAG边界扫描时，设计通常包括以下关键部分： 1. **测试访问端口(TAP)**：TAP是JTAG系统的入口，它提供了对边界扫描链的控制和数据传输。TAP控制器包含四个主要寄存器：测试数据输入(TDI)，测试数据输出(TDO)，测试模式选择(TMS)和测试复位(TRST)。 2. **边界扫描寄存器**：这些寄存器与FPGA的I/O引脚一对一对应，它们在测试模式下存储和传递数据，而在正常操作模式下则作为普通I/O使用。 3. **测试逻辑复用器(TLM)**：TLM允许在测试模式和正常操作模式之间切换，使得在不中断系统运行的情况下执行测试。 4. **配置和回读功能**：在FPGA中，JTAG边界扫描不仅可以用于测试，还可以用于配置新的逻辑设计到FPGA中，以及回读FPGA的当前配置，以便验证或调试。 在硕士论文《JTAG边界扫描在FPGA中的应用及电路设计》中，作者莫艾详细研究了如何设计一个适用于FPGA的边界扫描电路。设计的电路不仅支持基本的测试功能，还增加了配置、回读和用户自定义测试等扩展功能。通过仿真验证，该设计能够满足IEEE 1149.1标准的要求，成功实现了对FPGA的全面测试、配置和回读功能。 关键词：IEEE 1149.1标准、边界扫描、现场可编程门阵列、可测性设计 总结来说，JTAG边界扫描技术是FPGA设计和测试中的重要工具，它提供了一种高效且灵活的方法来验证和调试复杂的数字系统。通过对FPGA的JTAG接口进行优化设计，可以实现更高效的测试流程，提高整体设计的可靠性和可维护性。