基于USB 2.0的邊界掃描控制器設(shè)計(jì)

摘要：系統(tǒng)采用CY7C68013及其配置芯片EEPROM完成USB接口部分的功能，采甩ACT8990完成邊界掃描部分的功能，為完成部分邏輯功能及對(duì)此控制器設(shè)計(jì)的部分電路加密，采用CPLD EPM3032A實(shí)現(xiàn)。接著，給出了整個(gè)控制器的軟件設(shè)計(jì)方案，具體討論了CY7C68013的固件設(shè)計(jì)，以及利用WindowsDDK開發(fā)包開發(fā)固件裝載驅(qū)動(dòng)程序及控制器驅(qū)動(dòng)程序的方法。調(diào)試結(jié)果表明，研制的邊界掃描控制器功能正常，符合設(shè)計(jì)要求，具有即插即用、無(wú)需外部供電、連接簡(jiǎn)單可靠等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：邊界掃描；USB2．0；JTAG；WDM驅(qū)動(dòng)程序

0 引言
隨著超大規(guī)模集成電路(VLSI)、表面安裝器件(SMD)、多層印制電路板(MPCB)等技術(shù)的發(fā)展，使得統(tǒng)一測(cè)控系統(tǒng)綜合基帶印制電路板上電路節(jié)點(diǎn)的物理可訪問(wèn)性正逐步惡化，電路和系統(tǒng)的可測(cè)試性急劇下降，常規(guī)測(cè)試面臨挑戰(zhàn)。通過(guò)研究VLSI芯片資料表明，大多數(shù)VLSI芯片都帶邊界掃描結(jié)構(gòu)，如果將邊界掃描技術(shù)應(yīng)用到板級(jí)測(cè)試中，無(wú)疑將對(duì)電路板的連接故障和器件失效的準(zhǔn)確診斷起到非常重要的作用。邊界掃描測(cè)試主控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)必不可少的硬件系統(tǒng)。從JTAG(Joint Test Action Group)提出該技術(shù)至今的十幾年中，邊界掃描測(cè)試技術(shù)已得到了一些應(yīng)用，并將有廣闊的應(yīng)用前景。本設(shè)計(jì)在分析邊界掃描測(cè)試受控系統(tǒng)工作機(jī)制的基礎(chǔ)上提出一種基于USB總線的邊界掃描測(cè)試主控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和實(shí)現(xiàn)電路。此方案具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、便攜性的特點(diǎn)。

1 邊界掃描結(jié)構(gòu)及基本原理
1．1 邊界掃描技術(shù)的基本原理
邊界掃描技術(shù)的主要思想是通過(guò)在芯片管腳和芯片內(nèi)部邏輯電路之間增加由移位寄存器構(gòu)成的邊界掃描單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片管腳狀態(tài)的串行設(shè)定和讀取，使管腳具有可控性和可觀測(cè)性。由于移位寄存器允許測(cè)試數(shù)據(jù)移位、更新溯試和捕獲鎖存，因此它不僅可以用來(lái)測(cè)試單獨(dú)的一個(gè)芯片，而且可以對(duì)電路板進(jìn)行互連測(cè)試。圖1給出了邊界掃描通路示意圖。其中，邊界掃描單元在主IC的測(cè)試數(shù)據(jù)輸入端(TDI)和測(cè)試數(shù)據(jù)輸出端(TDO)之間形成了一個(gè)掃描通道，當(dāng)IC處于正常工作狀態(tài)時(shí)，輸入輸出信號(hào)自由通過(guò)邊界掃描單元，從正常數(shù)據(jù)輸入端(NDI)到正常數(shù)據(jù)輸出端(TDO)。圖1邊界掃描通路示意圖

1．2 邊界掃描物理結(jié)構(gòu)
邊界掃描測(cè)試的基礎(chǔ)是邊界掃描測(cè)試總線和設(shè)計(jì)在器件內(nèi)的邊界掃描結(jié)構(gòu)，邊界掃描測(cè)試總線由TDI(測(cè)試數(shù)據(jù)輸入)、TDO(測(cè)試數(shù)據(jù)輸出)、TMS(測(cè)試模式選擇)、TCK(測(cè)試時(shí)鐘)、TRST(測(cè)試復(fù)位)5條線構(gòu)成，主要完成測(cè)試向量輸入、測(cè)試響應(yīng)向量輸出和測(cè)試控制功能。器件內(nèi)邊界掃描結(jié)構(gòu)主要由TAP測(cè)試存取口、TAP控制器和必需的寄存器組成。TAP控制器接受來(lái)自邊界掃描測(cè)試總線的命令，控制邊界掃描單元的行動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)器件管腳狀態(tài)的設(shè)定、讀取和隔離。
1．2．1 寄存器
JTAG邊界掃描寄存器至少應(yīng)包括邊界掃描寄存器(DR)、指令寄存器(IR)和旁路寄存器。
(1) 邊界掃描寄存器。邊界掃描寄存器用于存放測(cè)試數(shù)據(jù)和測(cè)試響應(yīng)數(shù)據(jù)，它由串行移位級(jí)和并行鎖存級(jí)組成。邊界掃描寄存器的工作方式為：加載到TDI的測(cè)試數(shù)據(jù)在TCK的上升沿串行移人邊界掃描寄存器，寄存器原來(lái)內(nèi)容在TCK的下降沿被串行移出到TDO，移入移位寄存器的數(shù)據(jù)可以被鎖存到并行輸出鎖存器中；對(duì)應(yīng)于輸出引腳的并行鎖存器可并行輸出到器件的引腳，移位寄存器可以并行捕獲到器件的邏輯輸出；對(duì)應(yīng)于輸入引腳的并行鎖存器可以并行輸出到器件的內(nèi)部邏輯，移位寄存器可捕獲輸入引腳信息。
(2) 指令寄存器。指令寄存器由串行移位級(jí)和并行鎖存級(jí)組成，其位數(shù)由芯片生產(chǎn)廠家定義。常用的指令包括EXTEST、BYPASS、SAMPL-E、INTEST等。TAP控制器根據(jù)指令寄存器中選擇的指令不同選擇將指定的寄存器連接到TDI和TDO之間。
(3) 旁路寄存器。旁路寄存器由一位移位寄存器組成，當(dāng)其被選通時(shí)，直接連接到器件的TDI和TDO之間從而獲得最短的掃描路徑。旁路寄存器的主要作用有：a．當(dāng)集成電路IC不需要數(shù)據(jù)寄存器的掃描存取時(shí)將其從掃描鏈上脫離從而縮短邊界掃描結(jié)構(gòu)的掃描通路長(zhǎng)度；b．在測(cè)試期間，使集成電路IC脫離某種工作模式。