什么是边界扫描？JTAG边界扫描测试方案介绍
1. 什么是边界扫描？提到边界扫描，就不得不提jtag，因为边界扫描是jtag接口的功能之一。
jtag，是joint test action group的简称，即联合测试行为小组。
jtag，对于电子行业的工程师们来说再熟悉不过了，无论是搞单片机、arm开发，还是fpga、dsp开发，都离不开这个接口，它不仅可以进行程序下载，还能在线调试debug，简简单单几根线就完成了如此强大的功能，大大的提高了开发效率。
但是，你知道吗？jtag协议的设计初衷， 并不是用来下载程序的 。
jtag中的't'，是test的缩写，没错！jtag接口被设计之初，就是用来测试的！
上世纪90年代，集成电路、芯片设计产业开始迅速发展，同时，也面临着诸多问题：芯片管脚和晶圆之间的连接如何确定是正常的？芯片管脚之间是没有短路的？芯片被焊接到pcb板上之后，如何保证焊接是良好的，没有短路、开路？芯片外围的电路和与之互联的芯片是正常的呢？尤其是一些bga封装的芯片，无法使用探针等方式来直接测量芯片的管脚。
面对这些问题，philips、ti等半导体厂商在1985年成立了联合测试行动小组 ，即jtag，用来解决这些问题。
尽管人们认为 ieee 1149.1 标准实际上就是jtag，不过该标准的官方称谓是“ 标准测试访问端口与边界扫描架构 (standard test access port and boundary-scan architecture) ”。它定义了利用边界扫描检测 pc 电路板的检测访问端口 (tap) 等。
jtag协议发展到现在，目前主要有三个典型应用：
程序下载。即目前最常用的一个功能，它可以把用户程序下载到芯片内部的flash中。程序调试。即实时监控程序的运动状态，并且可以通过加入断点的方式来实时调试程序。边界扫描。即boundary-scan，也就是jtag设计的初衷，主要用于芯片本身和pcb电路板的硬件测试。2. jtag硬件接口jtag协议工作的基本逻辑全依赖内部的tap控制器（test access port），其实就是一个状态机，通过tms信号来切换不同的状态。
标准的jtag接口最少需要4个引脚，即：tck、tdi、tdo和tms，在ieee1149.1标准中，trst信号是可选的。
下面是每个信号的定义和功能：
test clock input (tck)
tck 为 tap 的操作提供了一个独立的、基本的时钟信号，tap 的所有操作都是通过这个时钟信号来驱动的。tck 在 ieee 1149.1 标准里是强制要求的。test mode selection input (tms)
tms 信号用来控制 tap 状态机的转换。通过 tms 信号，可以控制 tap 在不同的状态间相互转换。tms 信号在 tck 的上升沿有效。tms 在 ieee 1149.1 标准里是强制要求的。**test data input (tdi) **
tdi 是数据输入的接口。所有要输入到特定寄存器的数据都是通过 tdi 接口一位一位串行输入的（由 tck 驱动）。tdi 在 ieee 1149.1 标准里是强制要求的。**test data output (tdo)
**tdo 是数据输出的接口。所有要从特定的寄存器中输出的数据都是通过 tdo 接口一位一位串行输出的（由 tck 驱动）。tdo 在 ieee 1149.1 标准里是强制要求的。**test reset input (trst) **
trst可以用来对tap controller进行复位（初始化）。不过这个信号接口在ieee 1149.1标准里是可选的，并不是强制要求的。因为通过 tms 也可以对 tap controller 进行复位（初始化）。以jlink的jtag接口为例，可以看到标准的4个jtag管脚：
以下是jtag接口的使用示意：
每个管脚都有一个边界扫描寄存器单元，在时钟的驱动下，每个管脚的信号在寄存器单元之间依次流动，从而实现每个管脚状态的控制和读取。
3. 边界扫描相关的软硬件理论上只要支持jtag协议的调试器、下载器，都可以用来进行边界扫描测试，不过可能需要开发相对应的上位机软件。
本文介绍常见的两款边界扫描测试方案。
jlink + topjtag probetopjtag是一款非常简洁、实用的边界扫描测试软件，支持多种调试器，比如最常用的jlink、usb-blaster等等。我会在后面的文章单独介绍这款软件配合jlink来进行边界扫描测试。
x-jtag一套非常专业的边界扫描方案，研发公司位于英国剑桥，包括调试器和上位机，功能极其强大，当然售价也不菲！广泛应用于航天、汽车、国防、医疗、通信等专业领域。
5. 总结对了，开头介绍的那款板卡，我使用边界扫描获取到的管脚定义如下：
##################################################################### copyright(c), 2010-2023, https://blog.csdn.net/whik1194# modulename : top.xdc # date : 2023-03-04# time : 23:55:00# author : whik1194# function : pin constraint# version : v1.0# version | modify# ----------------------------------# v1.0 first version####################################################################set_property package_pin aa10 [get_ports gclk_p]set_property package_pin d9 [get_ports greset]set_property package_pin d8 [get_ports key]set_property package_pin g20 [get_ports led1]set_property package_pin h19 [get_ports led2]set_property package_pin e20 [get_ports led3]set_property package_pin f19 [get_ports led4]set_property package_pin f8 [get_ports uart_rxd]set_property package_pin f9 [get_ports uart_txd]set_property package_pin g14 [get_ports can_rx]set_property package_pin h14 [get_ports can_tx]set_property iostandard diff_sstl12 [get_ports gclk_p]set_property iostandard diff_sstl12 [get_ports gclk_n]set_property iostandard lvcmos33 [get_ports greset]set_property iostandard lvcmos25 [get_ports led1]set_property iostandard lvcmos25 [get_ports led2]set_property iostandard lvcmos25 [get_ports led3]set_property iostandard lvcmos25 [get_ports led4]set_property iostandard lvcmos33 [get_ports key]set_property iostandard lvcmos33 [get_ports uart_rxd]set_property iostandard lvcmos33 [get_ports uart_txd]set_property iostandard lvcmos33 [get_ports can_rx]set_property iostandard lvcmos33 [get_ports can_tx]#qspi set_property bitstream.general.compress true [current_design]set_property bitstream.config.configrate 50 [current_design]set_property bitstream.config.spi_buswidth 4 [current_design]
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但是，你知道吗？jtag协议的设计初衷， 并不是用来下载程序的 。
jtag中的't'，是test的缩写，没错！jtag接口被设计之初，就是用来测试的！
上世纪90年代，集成电路、芯片设计产业开始迅速发展，同时，也面临着诸多问题：芯片管脚和晶圆之间的连接如何确定是正常的？芯片管脚之间是没有短路的？芯片被焊接到pcb板上之后，如何保证焊接是良好的，没有短路、开路？芯片外围的电路和与之互联的芯片是正常的呢？尤其是一些bga封装的芯片，无法使用探针等方式来直接测量芯片的管脚。
面对这些问题，philips、ti等半导体厂商在1985年成立了联合测试行动小组 ，即jtag，用来解决这些问题。
尽管人们认为 ieee 1149.1 标准实际上就是jtag，不过该标准的官方称谓是“ 标准测试访问端口与边界扫描架构 (standard test access port and boundary-scan architecture) ”。它定义了利用边界扫描检测 pc 电路板的检测访问端口 (tap) 等。
jtag协议发展到现在，目前主要有三个典型应用：
程序下载。即目前最常用的一个功能，它可以把用户程序下载到芯片内部的flash中。程序调试。即实时监控程序的运动状态，并且可以通过加入断点的方式来实时调试程序。边界扫描。即boundary-scan，也就是jtag设计的初衷，主要用于芯片本身和pcb电路板的硬件测试。2. jtag硬件接口jtag协议工作的基本逻辑全依赖内部的tap控制器（test access port），其实就是一个状态机，通过tms信号来切换不同的状态。
标准的jtag接口最少需要4个引脚，即：tck、tdi、tdo和tms，在ieee1149.1标准中，trst信号是可选的。
下面是每个信号的定义和功能：
test clock input (tck)
tck 为 tap 的操作提供了一个独立的、基本的时钟信号，tap 的所有操作都是通过这个时钟信号来驱动的。tck 在 ieee 1149.1 标准里是强制要求的。test mode selection input (tms)
tms 信号用来控制 tap 状态机的转换。通过 tms 信号，可以控制 tap 在不同的状态间相互转换。tms 信号在 tck 的上升沿有效。tms 在 ieee 1149.1 标准里是强制要求的。**test data input (tdi) **
tdi 是数据输入的接口。所有要输入到特定寄存器的数据都是通过 tdi 接口一位一位串行输入的（由 tck 驱动）。tdi 在 ieee 1149.1 标准里是强制要求的。**test data output (tdo)
**tdo 是数据输出的接口。所有要从特定的寄存器中输出的数据都是通过 tdo 接口一位一位串行输出的（由 tck 驱动）。tdo 在 ieee 1149.1 标准里是强制要求的。**test reset input (trst) **
trst可以用来对tap controller进行复位（初始化）。不过这个信号接口在ieee 1149.1标准里是可选的，并不是强制要求的。因为通过 tms 也可以对 tap controller 进行复位（初始化）。以jlink的jtag接口为例，可以看到标准的4个jtag管脚：
以下是jtag接口的使用示意：
每个管脚都有一个边界扫描寄存器单元，在时钟的驱动下，每个管脚的信号在寄存器单元之间依次流动，从而实现每个管脚状态的控制和读取。
3. 边界扫描相关的软硬件理论上只要支持jtag协议的调试器、下载器，都可以用来进行边界扫描测试，不过可能需要开发相对应的上位机软件。
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jlink + topjtag probetopjtag是一款非常简洁、实用的边界扫描测试软件，支持多种调试器，比如最常用的jlink、usb-blaster等等。我会在后面的文章单独介绍这款软件配合jlink来进行边界扫描测试。
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