CN102590733B - 一种基于边界扫描机制的电路系统机内测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于边界扫描机制的电路系统机内测试装置，包括分系统级BITE、电路板级BITE，元器件级BITE；所述分系统级BITE通过系统级高速数据总线与外部数据管理系统互连，往下一级通过系统级测试和维修总线与所述电路板级BITE及其它分系统中其它被测电路板互连，所述电路板级BITE往下一级通过边界扫描测试总线与元器件级BITE及电路板中其它元器件互连。该装置可以实现卫星等航天飞行器复杂电路系统不同级别故障分层诊断与定位，并为其他航天产品电路系统机内测试装置的设计提供参考。

Description

一种基于边界扫描机制的电路系统机内测试装置

技术领域

本发明属于机内测试装置，具体涉及一种基于边界扫描机制的电路系统机内测试装置。

背景技术

卫星、飞船等航天飞行器的成功发射与安全运行具有重大的经济价值和社会影响。电路系统是航天飞行器极为重要的组成部分，为了保证航天飞行器电路系统的可靠性，在发射前，必须进行充分的测试，通过测试覆盖飞行器电路系统所有可能发生的故障来确保发射的可靠性和安全性。为了实现上述技术要求，必须从航天飞行器电路系统设计开始就全面考虑测试性能的需求，通过嵌入机内测试装置来提高其测试诊断能力。

机内测试(BIT：Built-in test)是产品或设备本身为故障检测与诊断提供的自动测试能力。完成BIT功能的硬件被称为机内测试装置BITE(Built-in Test Equipment)机内测试装置。不同于传统的故障诊断与监控技术，BIT技术包含了一种新的“测试性设计”概念：它要求在产品设计的开始就考虑测试问题，并同时进行测试性设计，通过良好的结构化和层次性设计，利用设计在产品内部的自测试装置对产品进行测试与诊断，BITE在电路系统的测试与诊断中具有广泛的应用。

在电路系统BITE的设计过程中，要求尽可能全面地获取电路系统的状态信息数据，以实现较高的故障覆盖率。传统BITE设计中主要采用基于功能测试的测试信息获取方法，直接通过被测设备的输入/输出端口进行“黑箱”测试，电路内部节点的状态通过“敏化”处理映射到原始输入/输出端口。

对于航天飞行器，由于广泛应用了超大规模集成电路，其功能和结构非常复杂，采用传统“黑箱”测试方法进行BITE设计的过程中，进行“敏化”处理相当困难，而且内部节点能进行“敏化”的数量有限，所能实现的故障覆盖率有限，难以满足诸如航天飞行器电路系统测试的需求。此外，航天飞行器电路系统的设计过程中通常采用层次化的系统结构，包括分系统级、电路板级、元器件级等多层次，在BITE的设计过程中需要考虑各层次故障的逐级检测与隔离。

针对超大规模集成电路的BITE设计问题，IEEE1149.1标准提供了一种基于边界扫描机制的解决方案。边界扫描机制的主要思想是：通过在芯片管脚和芯片内部逻辑电路之间，即芯片的边界上增加边界扫描单元，实现对芯片管脚状态的串行设定和读取，从而提供从元器件级到电路板级乃至系统级的标准测试框架。边界扫描机制的应用可以大大地提高超大规模集成电路BITE测试信息获取的能力，进而提高其故障检测率与隔离率。目前，国内外元器件生产厂商为争夺市场占有率，在大规模集成电路设计和制造中纷纷采用边界扫描机制，把边界扫描测试所需的硬件资源集成在芯片内，提供了元器件级的基于边界扫描机制的机内测试平台。但针对卫星、飞船等航天飞行器中的复杂电路系统，由于结构组成层次多，电路复杂，目前缺少有效的机内自测试手段，自测试与诊断能力不强，主要依靠充分的地面测试来保证系统的可靠性与安全性。

发明内容

本发明目的在于通过设计一种基于边界扫描机制的电路系统机内测试装置，实现卫星等航天飞行器复杂电路系统分系统级、电路板级、元器件级等不同级别故障的分层诊断与定位，并为其他类似复杂电路系统机内测试装置的设计提供参考。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

基于边界扫描机制的电路系统机内测试装置采取分层集成BITE结构，该结构包括分系统级BITE、电路板级BITE，元器件级BITE；所述分系统级BITE通过系统级高速数据总线与外部数据管理系统互连，往下一级通过系统级测试和维修总线与所述电路板级BITE及其它分系统中其它被测电路板互连，所述电路板级BITE往下一级通过边界扫描测试总线与元器件级BITE及电路板中其它元器件互连。

所述分系统级BITE由测试生成、测试矢量库、故障诊断、通讯接口1、通讯接口2单元组成；所述测试生成单元的输出连接到测试矢量库单元和故障诊断单元；测试矢量库的输出与通讯接口1和故障诊断单元连接；通讯接口2与外部数据管理系统连接；通讯接口1与电路板级BITE连接。

所述电路板级BITE由测试控制、响应分析、数据采集、数据处理、板上记录与报警、通讯接口单元组成；其中测试控制单元是电路板级BITE的核心，其输入连接到通讯接口单元，通讯接口单元通过系统级测试和维修总线连接到分系统级BITE；测试控制单元包括边界扫描测试控制和传统电路BIT启动控制两个模块，其中，边界扫描测试控制模块的输出通过边界扫描总线连接到边界扫描器件以及外加边界扫描功能器件；边界扫描器件以及外加边界扫描功能器件的响应输出连接到响应分析单元；边界扫描测试控制模块的输出也连接到响应分析单元；传统电路BIT启动控制模块的输出连接到各种传统电路测试单元；传统电路测试各单元的输出连接到数据采集单元；数据采集单元和响应分析单元的输出连接到数据处理单元；数据处理单元输出连接到通讯接口和板上记录与报警单元。

元器件级BITE则是由生产厂家设计于元器件内部具有自测试功能的接口电路。分系统级BITE和电路板级BITE间通过系统级测试和维修总线连接；电路板级BITE和元器件级BITE之间通过边界扫描测试总线实现连接。

本发明具有分层集成结构的新型BITE，可以综合利用下级BITE较强的信息获取能力和上级BITE强大的信息处理能力，从而提高复杂电路系统整体测试能力。该结构既有利于实现横向各BITE的并行测试，又便于实现纵向各级BITE的测试复用，从而既提高测试效率，又降低测试生成费用。

本发明装置可以提高复杂电路系统测试诊断能力，该装置利用基于边界扫描的机制，通过分层设计复杂电路系统的嵌入式机内自测试装置，可用于提高卫星、飞船等航天飞行器等复杂电路系统的测试诊断能力。

下面结合附图进一步说明本发明的实施方案。

附图说明

图1是本发明的分层集成BITE结构示意图。

图2是本发明的分系统级BITE结构示意图。

图3是本发明的电路板级BITE结构示意图。

图4是本发明的元器件级BITE结构示意图。

具体实施方式

本发明采用分层集成的BITE结构，该结构由分系统级BITE、电路板级BITE，元器件级BITE组成。如图1所示，其中，分系统级BITE通过系统级高速数据总线(如1553B总线)与外部数据管理系统互连，往下一级通过系统级测试和维修总线(如CAN总线)与电路板级BITE及其它分系统中其它被测电路板互连，电路板级BITE往下一级通过边界扫描测试总线与元器件级BITE及电路板中其它元器件互连。

分系统级BITE由测试生成、测试矢量库、故障诊断、通讯接口1、通讯接口2等五个单元组成，如图2所示。测试生成单元的输出连接到测试矢量库单元和故障诊断单元，测试生成单元依据电路板的结构信息，针对不同的故障诊断指标要求，应用等权值算法、测试信息压缩等边界扫描算法生成测试矢量，并将测试矢量存贮到测试矢量库单元并提供给故障诊断单元用于故障诊断分析。

测试矢量库单元用于存储测试生成单元生成的能完成不同测试任务的测试矢量。测试矢量库的输出与通讯接口1连接，通过通讯接口1加载测试矢量给电路板级BITE以执行相应的测试；测试矢量库的输出同时也连接到故障诊断单元，用作故障诊断单元的输入，实现故障诊断。

故障诊断单元与通讯接口1连接，一方面接收电路板级BITE的测试输出数据，并参考测试矢量库中相应的测试矢量，采用逻辑运算的方法，对电路板级BITE所在的被测电路板故障进行诊断，精确定位故障。故障诊断单元同时与通讯接口2互接，通讯接口2与外部数据管理系统连接，从而实现将诊断结果上传到外部数据管理系统，并接收外部指令。通讯接口1与电路板级BITE连接，用于在分系统级BITE和电路板级BITE中传输数据。通讯接口2用于在系统级BITE和外部数据管理系统中传输数据。

电路板级BITE由测试控制、响应分析、数据采集、数据处理、板上记录与报警、通讯接口等单元组成，如图3所示。其中测试控制单元是电路板级BITE的核心，其输入连接到通讯接口单元，通讯接口单元通过系统级测试和维修总线连接到分系统级BITE，测试控制单元通过通讯接口单元接收分系统级BITE所发出的进行边界扫描测试的测试指令、测试矢量以及进行传统BIT测试的测试指令。测试控制单元包括边界扫描测试控制和传统电路BIT启动控制两个模块。

其中，边界扫描测试控制模块的输出通过边界扫描总线连接到边界扫描器件以及外加边界扫描功能器件。边界扫描测试控制模块接收分系统级BITE发出的进行边界扫描测试的测试指令与测试矢量，并通过边界扫描总线，将边界扫描测试矢量加载到被测试的边界扫描器件和外加边界扫描功能器件上。边界扫描器件以及外加边界扫描功能器件的响应输出连接到响应分析单元，边界扫描测试控制模块的输出也连接到响应分析单元，控制响应分析单元收集相应的测试响应，并对测试响应数据进行处理，提取反映电路工作状态的特征信息，实现边界扫描测试。传统电路BIT启动控制模块的输出连接到各种传统被测电路测试单元，如普通模块电路测试单元、数模混合电路测试单元、功率电路测试单元以及光电电路测试单元等。传统电路BIT启动控制模块接收分系统级BITE所发出的进行传统电路BIT测试的指令，启动相应被测电路单元上的BITE测试，进行传统电路BIT测试。

传统电路测试各单元的输出连接到数据采集单元，数据采集单元将传统电路BIT单元输出的模拟信号进行模数转换与数据采集，并将采集到的数据送至数据处理单元。

数据处理单元的输入连接到响应分析单元以及数据采集单元，分别接收响应分析单元的输出与数据采集单元的输出，根据所接收的数据进行被测电路的故障快速识别。针对边界扫描测试数据，主要应用布尔矩阵推理方法快速识别故障；对于传统电路BIT测试数据，主要应用阈值判决方法快速识别故障。数据处理单元输出连接到通讯接口，将BIT数据或分析结果传送给分系统级BITE；数据处理单元输出同时也连接到板上记录与报警单元，板上记录与报警单元主要功能是记录电路板级BITE的故障识别结果，并将故障代码显示在板上的数码显示屏上。

通讯接口单元实现电路板级BITE与分系统级BITE的接口。通讯接口单元的物理层由硬件电路构成，数据通讯等主要工作由微处理器根据系统级测试和维修总线协议编程实现。

电路板级BITE结构的优势是以微处理器为核心，智能化水平较高。微处理器强大数据处理能力与编程灵活性，为BIT的灵活配置和调整提供了技术途径，通过编程可以方便地实现BIT的测试生成、响应分析和通讯接口配置等多项工作。另外该BITE结构兼容了传统电路BIT技术，适应范围较广，可以实现不同种类电路BIT的综合，能够满足航天飞行器等航天产品中一般电路板的测试需求。

元器件级BITE是设计在大规模集成电路内部具有边界扫描功能的测试接口，为最底层的BITE。元器件级BITE由器件测试接口单元、内部逻辑电路及边界扫描单元组成，通过边界扫描测试总线与电路板级BITE进行通讯，如图4所示。其中边界扫描单元是元器件级BITE的核心，边界扫描单元与器件测试接口连接，接受边界扫描单元的控制，器件测试接口通过边界扫描测试总线与极级BITE连接，同时器件测试接口与元器件自身的内部逻辑电路连接，在边界扫描单元的控制下完成对内部逻辑电路的测试，并将结果反馈给电路板级BITE。具有图4所示结构，能够实现边界扫描自测试功能的元器件包括DSP、FPGA、存贮器等多种类型的大规模集成电路。

Claims (1)

1.一种基于边界扫描机制的电路系统机内测试装置，其特征是包括分系统级机内测试装置、电路板级机内测试装置，元器件级机内测试装置；所述分系统级机内测试装置通过系统级高速数据总线与外部数据管理系统互连，往下一级通过系统级测试和维修总线与所述电路板级机内测试装置及其它分系统中其它被测电路板互连，所述电路板级机内测试装置往下一级通过边界扫描测试总线与元器件级机内测试装置及电路板中其它元器件互连；

所述分系统级机内测试装置由测试生成、测试矢量库、故障诊断、第一通讯接口、第二通讯接口单元组成；所述测试生成单元的输出连接到测试矢量库单元和故障诊断单元；测试矢量库单元的输出与第一通讯接口单元和故障诊断单元连接；第二通讯接口单元与外部数据管理系统连接；第一通讯接口单元与电路板级机内测试装置连接；

所述电路板级机内测试装置由测试控制、响应分析、数据采集、数据处理、板上记录与报警、通讯接口单元组成；其中测试控制单元是电路板级机内测试装置的核心，其输入连接到通讯接口单元，通讯接口单元通过系统级测试和维修总线连接到分系统级机内测试装置；测试控制单元包括边界扫描测试控制和传统电路机内测试启动控制两个模块，其中，边界扫描测试控制模块的输出通过边界扫描总线连接到边界扫描器件以及外加边界扫描功能器件；边界扫描器件以及外加边界扫描功能器件的响应输出连接到响应分析单元；边界扫描测试控制模块的输出也连接到响应分析单元；传统电路机内测试启动控制模块的输出连接到各种传统电路测试单元；传统电路测试各单元的输出连接到数据采集单元；数据采集单元和响应分析单元的输出连接到数据处理单元；数据处理单元输出连接到通讯接口单元和板上记录与报警单元。