在半导体测试领域，JTAG（Joint Test Action Group）已经成为不可或缺的一部分。本文将带您深入了解JTAG的概念、架构、指令集及其在边界扫描测试中的应用，帮助您更好地掌握这一重要技术。
一、JTAG的概念
JTAG，全称为Joint Test Action Group，是一种用于测试集成电路的标准。它最初是为了在芯片封装后测试芯片内部连接及其功能的完整性，但随着技术的发展，JTAG被广泛应用于板级测试（PCB），并逐步成为系统级调试的重要工具。
1.1 背景介绍
在传统的芯片测试中，通常采用针床测试的方法，但随着芯片管脚数量的增多和印刷电路板（PCB）的复杂性增加，传统方法已经逐渐无法满足需求。边界扫描测试（Boundary Scan）应运而生，成为解决这一问题的有效途径。JTAG通过在芯片内部设置测试逻辑单元，实现对芯片引脚及其互连的全面测试。
1.2 边界扫描测试的目的
边界扫描测试的主要目的是在不借助外部测试探针的情况下，对PCB上芯片间的互连进行测试。这种方法特别适用于复杂的多层板及密集封装的芯片，有效提高了测试效率和覆盖率。
二、JTAG的架构
JTAG架构主要包括JTAG标准端口、JTAG状态机控制器和JTAG寄存器三个部分。
2.1 JTAG标准端口
JTAG标准端口通常包括以下信号：
TCK：测试时钟
TMS：测试模式选择
TDI：测试数据输入
TDO：测试数据输出
TRST（可选）：测试复位
2.2 JTAG状态机控制器
JTAG状态机控制器负责管理测试逻辑的状态转换。JTAG状态机通常有16个状态，通过TMS信号控制状态机的运转。
2.3 JTAG寄存器
JTAG寄存器包括指令寄存器和多个数据寄存器：
指令寄存器：存储JTAG指令
边界扫描寄存器：用于捕获和移位测试数据
旁路寄存器：用于旁路不需要测试的芯片，缩短测试时间
芯片标识寄存器：存储芯片的标识信息
三、JTAG的指令集
JTAG标准定义了一系列指令，用于不同的测试目的。以下是一些常用的JTAG指令：
EXTEST（必选）：测试板级芯片间的互连线
BYPASS（必选）：旁路不需要测试的芯片
SAMPLE（必选）：获取芯片输入输出管脚上的即时数据
PRELOAD（必选）：控制芯片输入输出管脚
IDCODE（可选）：获取芯片ID信息
INTEST（可选）：芯片内部测试
3.1 激活JTAG指令的方法
激活JTAG指令需要通过TMS信号运转状态机，依次进入Select-IR、Shift-IR和Run-Test/idle等状态，完成指令的加载和执行。
3.2 常用指令详解
EXTEST：该指令用于测试PCB上芯片之间的互连。测试序列包括输入EXTEST指令，通过TDI输入数据到芯片一，更新芯片一的输出管脚，芯片二捕获输入管脚数据，通过TDO输出数据。
BYPASS：该指令用于旁路不需要测试的芯片。TDI和TDO之间只有一个bit的旁路寄存器，有效缩短测试时间。
SAMPLE：该指令用于获取芯片输入输出管脚上的即时数据。
PRELOAD：该指令用于控制芯片输入输出管脚。
IDCODE：该指令用于获取芯片的ID信息。ID信息由32位组成，由JEDEC组织分配给每一个厂家。
四、Tessent边界扫描插入流程
Tessent是一种用于自动插入边界扫描逻辑的工具。其边界扫描插入流程主要包括以下步骤：
4.1 读入网表
通过命令set_context dft –no_rtl读取网表，并设置当前设计。
4.2 配置测试信号
定义JTAG TAP引脚，并检查设计规则。
4.3 配置边界扫描插入
通过命令set_dft_specification_requirements –boundary_scan on配置边界扫描插入选项，生成相关配置数据。
4.4 插入边界扫描
处理DFT规范，生成相应的RTL，并插入现有网表，检查连接并生成ICL文件及时序约束文件。
4.5 生成综合脚本
在Tessent shell内部调用综合工具，生成综合脚本，并在外部调用综合工具完成设计综合。
总结
JTAG技术在芯片测试领域发挥着至关重要的作用。通过深入了解JTAG的概念、架构、指令集及其在边界扫描测试中的应用，可以帮助我们更好地进行芯片测试和系统调试。希望本文对您理解和应用JTAG技术有所帮助。
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