非原理性測試在雷達自動測試系統(tǒng)中的應(yīng)用

趙婧++張紹慶

摘要：利用FPGA產(chǎn)生各種測試激勵信號，運用邊界掃描測試原理和ScanWorks軟件工具成功搭建通用性雷達自動測試平臺，經(jīng)過動態(tài)加載技術(shù)和邊界掃描技術(shù)提升了被測件的測試覆蓋率。本自動測試系統(tǒng)具有良好的通用性，被測件通過檢測，測試覆蓋率高達95% 以上。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜邏輯器件；邊界掃描；ScanWorks；Macro語言

中圖分類號：TP274 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）02-0077-02

1 系統(tǒng)工作原理

由于要確保被測件在測試時不能變更自身軟件、固件技術(shù)狀態(tài)，非原理測試設(shè)備在提供歸一化人機界面的情況下如何避免在一個操作系統(tǒng)中同時運行多個應(yīng)用軟件并保持測試時被測件狀態(tài)都是需要解決的問題；開發(fā)一套與實際故障一一對應(yīng)的故障模擬操作系統(tǒng)，以嵌入方式集成在系統(tǒng)軟件中。為了不更改加載芯片的內(nèi)容，保證被測件狀態(tài)不變得情況下，我們采用芯片動態(tài)加載技術(shù)，測試前將測試計算機中存儲的對應(yīng)被測件FPGA的的固件測試軟件進行加載，所加載的固件內(nèi)容一次有效。再次重新上電后，加載芯片會按照原技術(shù)狀態(tài)對FPGA 進行加載，這樣可確保被測件的固件技術(shù)狀態(tài)的一致有效性。

由于雷達插件在信號形式上是多元化的，采用不同的元器件導(dǎo)致在設(shè)計非原理性自動測試系統(tǒng)時存在了兩種方式：一種是完成對不具備JTAG接口插件的專用測試設(shè)備，它是利用被測件自身的電路原理，加載自主設(shè)計開發(fā)專用測試軟件而非雷達工作軟件，測試臺的軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件、維護軟件，系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)和實現(xiàn)測試任務(wù)的應(yīng)用主程序，維護軟件是指自檢軟件；第二種是對具有JTAG鏈接口的插件板進行的邊界掃描測試；為同時完成兩種測試采用了一種一體化顯示控制設(shè)備，擁有友好的人機界面和方面的操作規(guī)程，顯控計算機通過網(wǎng)絡(luò)向?qū)Ｓ脺y試臺和邊界掃描測試臺發(fā)送各種干預(yù)指令，并接收測試結(jié)果進行打印或保存。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

測試臺主要由一個機柜、專用測試分機、邊界掃描測試分機、操縱臺、顯控主機、顯示器、鍵盤和鼠標(biāo)、測試電纜等組成。

2.1 專用測試

由于雷達設(shè)備使用的元器件涉及數(shù)字電路、模擬電路、微波電路等多種類型的電路， 對于雷達有部分不具有JTAG接口，利用邊界掃描技術(shù)測試方法得到的測試覆蓋率過低的數(shù)字插件，我們根據(jù)插件工作原理，設(shè)計能產(chǎn)生測試觸發(fā)激勵信號，同時能對被測件上的電路加載測試軟件的測試平臺，當(dāng)被測插件形成響應(yīng)信息后，反饋回測試臺進行比對和處理，可對信號通道進行故障定位，再經(jīng)人工輔助判斷，可定位到元器件。

專用測試臺主要包括控制系統(tǒng)、產(chǎn)生觸發(fā)激勵等模擬信號的時序檢測、接口等設(shè)備，由測試計算機（自制件）、專用測試背板、一體化顯示控制計算機一起構(gòu)建成一套專用測試系統(tǒng)，其中一體化顯示控制計算機對專用測試分機及邊掃測試分機進行人工干預(yù)并發(fā)送控制命令及故障信息的處理顯示和存儲。

專用測試臺通過顯控計算機的界面人工干預(yù)等操作，將測試指令通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給測試計算機，測試計算機利用計算機總線去控制測試背板上的FPGA，產(chǎn)生各種測試用的觸發(fā)激勵等信號，按照測試流程依次對被測件上的對晶振、A/D、I/O、RAM、FIFO、打印并口等電路進行測試，形成的響應(yīng)信號回送到測試背板上的FPGA內(nèi)，再通過計算機總線將這些響應(yīng)信息送入測試計算機進行采集和處理，最后通過網(wǎng)絡(luò)回送給顯控計算機按照報表方式進行處理、顯示、存儲，測試人員利用測試結(jié)果信息對故障進行分析并最終進行故障定位。工作原理流程圖如圖1。

2.2 邊界掃描測試

對于雷達其它具有JTAG接口的數(shù)字插件，利用美國ASSET公司開發(fā)的ScanWorks邊界掃描測試工具，可提供完整的板級測試方案，通過在FPGA管腳和FPGA內(nèi)部邏輯電路之間增加邊界掃描單元（移位寄存器單元），提供生成測試向量以實現(xiàn)對FPGA管腳狀態(tài)的故障診斷。系統(tǒng)包括測試計算機、測試背板、JTAG模塊插件三個部分，如圖1的測試分機2。它能測試集成電路芯片管腳的開路及短路故障狀態(tài)，又能測試芯片內(nèi)部工作情況。

（1）測試計算機通過網(wǎng)絡(luò)向測試背板發(fā)送控制命令并讀取測試結(jié)果。

（2）測試背板包括JTAG 多路控制器、電平轉(zhuǎn)換電路及FPGA。由于不同數(shù)字插件的接口定義不一樣，所以需要將各種接口進行分類和統(tǒng)計，由FPGA產(chǎn)生各被測件接口電路所需的測試觸發(fā)信號和測試數(shù)據(jù)同時FPGA還要對被測件的測試輸出進行檢測。被測件可能具備多個獨立的邊界掃描鏈，JTAG 多路控制器需要提供多個總線測試端口，產(chǎn)生符合JTAG 標(biāo)準(zhǔn)的JTAG 測試信號。電平轉(zhuǎn)換電路負責(zé)測試背板和被測件電路之間的電平轉(zhuǎn)換。

（3）JTAG模塊插件的主要功能是將被測插件接口管腳轉(zhuǎn)接至測試背板上FPGA的邊界掃描單元，可使測試計算機同時控制被測件及測試背板上的JTAG鏈，發(fā)送測試向量，并接收測試結(jié)果，從而得到被測件上的故障信息。邊界掃描測試系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

對于測試計算機中邊界掃描測試軟件平臺，首先應(yīng)建立被測件的測試工程，不同的被測件，其建立的工程是不同的。邊界掃描的測試工程根據(jù)測試內(nèi)容順序建立各級文件，其中包括：

（1）掃描鏈路完整性測試：首先添加被測件原理圖網(wǎng)絡(luò)表文件和廠家自帶邊掃器件的BSDL文件進行分析后，生成測試向量進行邊掃器件掃描鏈完整性測試，邊掃器件完整性測試是邊界掃描所有測試的基礎(chǔ)，只有當(dāng)完整性測試無故障后，說明當(dāng)前的邊界掃描鏈路正常，才可以選擇互連測試和其他功能性測試類型進行測試。

（2）互連測試：通過器件連接文件對被測插件中所有與邊掃器件互連器件之間的故障檢測，互連測試是整個邊界掃描測試工程的重點，通過執(zhí)行互連測試，可以準(zhǔn)確的測試出電路板芯片之間的各個故障（主要包括開路故障、短路故障、固定邏輯故障等等），而互聯(lián)測試對器件連接文件的設(shè)計要求比較高，為提高測試覆蓋率，可以通過修改腳本語言的自定義測試方法，這種方法針對LED、數(shù)碼管等簡單功能測試非常有效。

2.3 簇測試

通過MACRO測試文件對掃描結(jié)構(gòu)間比如LVDS差分傳輸、光纖傳輸、特殊類型存儲器等非邊界掃描器 件進行的功能測試。數(shù)字插件上互聯(lián)測試無法測試的與邊掃器件沒有直接相連的器件，可以通過編寫MACRO文件，利用邊掃器件給非邊掃器件提供測試通道。它的原理是通過JTAG口，往邊掃器件的I/O口輸入一串測試向量數(shù)據(jù)，經(jīng)非邊掃器件輸出到邊掃器件中，這時ScanWorks軟件通過JTAG口讀取測試響應(yīng)信號，測試響應(yīng)向量與輸入的測試向量數(shù)據(jù)進行比較，判斷被測的非邊掃器件是否符合邏輯功能，從而達到故障診斷的要求，以提高故障覆蓋率。

2.4 測試結(jié)果打印并保存

顯控計算機提供了一體化人機顯示界面，每次對數(shù)字插件測試完成后，可自動生成故障信息報表，并支持存儲、打印等操作，故障信息報表包括測試時間、雷達型號、測試人員、被測件來源地點，以及測試結(jié)果等內(nèi)容。

3 結(jié)語

本自動測試系統(tǒng)搭配相關(guān)軟件和已開發(fā)的測試程序集已經(jīng)成功應(yīng)用于某型雷達數(shù)字插件的測試與維修，特別適合排除常見的細間距芯片和排阻管腳粘連及虛焊等肉眼難以發(fā)現(xiàn)的故障，測試覆蓋率可達到95%以上。同時該測試臺具有良好的通用性，對JTAG模塊的FPGA進行不同的設(shè)計就可滿足多種被測件的測試需求，實現(xiàn)低成本、高效率的測試系統(tǒng)。

參考文獻

[1]陳巖申，張波，李艷青.用邊界掃描技術(shù)檢測非邊掃器件[M].艦船電子工程，2012（11）.118-120.

[2]王鳳馳.基于“魂芯一號”的雷達信號處理機邊掃設(shè)計[M].雷達科學(xué)與技術(shù)，2014，12（6），645-648.

[3]楊瑩，王雪茹，吳勇，王媛媛.邊界掃描突出優(yōu)勢解析.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2012（4）：270-271.

[4]曹子劍.邊界掃描測試在數(shù)字電路自動測試系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用[M].自動化測試技術(shù)，2015，23（7），2311-2313.

[5]馮長江，王聰麗，張澤建.模擬集成電路的邊界掃描可測性設(shè)計方案[J].電光與控制，2014（5）：92-96.

[6]曹子劍.邊界掃描測試在數(shù)字電路自動測試系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用[M].自動化測試技術(shù)，2015，23（7），2311-2313.