知识分享：含FPGA电路板测试方法步骤及注意事项详解

1 前言

FPGA 具备高速运行、高集成度，可反复程序编写的特性，将其用以电控系统设计方案，可简化电路原理，提高电源电路作用。而做为电控系统的“神经中枢操纵神经系统”，FPGA 的常见故障会造成全部电控系统的偏瘫，而用一般的测试标准难以对其执行故障检测确诊。

现阶段，某维修企业的自动测试机器设备对没有以上繁杂逻辑性元器件线路板的检查确诊已经有处理对策。但这种自动测试机器设备尚不可以对含繁杂逻辑性元器件线路板开展合理地检测，目前的自动测试机器设备未包括DSP和FPGA、CPLD 等模拟仿真系统软件，不可以对繁杂逻辑性元器件的运行状态开展有效的操纵。

因而，含FPGA 线路板检测及故障检测方式的科学研究，将明显提升电子器件武器装备的维修性，使繁杂逻辑性元器件给电子器件武器装备水准产生的提升能获得最大限度的充分发挥。

2 根据界限扫描仪的含FPGA线路板检测

系统软件级检测一般选用BIT（ 嵌入检测） ，即在体系运作环节中，由嵌入测试代码实时监控系统的运作情况。一旦有常见故障产生，嵌入测试代码汇报是哪个构件错误，就可拔出来该组件开展维修。对当场级检修来讲，含FPGA 元器件线路板的故障测试规定迅速精确，方式简易好用，能在最短期内全自动将常见故障精准定位到当场可拆换模块（ LRU） ，多选用界限扫描仪检测（ BST，Boundary Scan Test） 方式。

界限扫描仪是一种可检测的构造技术性，用于处理测试探针所无法完成的检测问题。它是在集成ic的I /O 端上提升挪动存储器，把这种存储器相互连接，再加上钟表校准、检测方法挑选及其扫描仪键入和输入输出端口号，而产生界限扫描仪安全通道。因为界限扫描仪检测可同时得到集成ic引脚的信息内容，因此彻底可以完成射频收发器、板极、系统软件级的检测。每一个IEEE1149． 1 兼容的元器件，都包含一个4 线应5 线的测试端口（ TAP） 、一个状态机（ TAP 控制板） 和由界限扫描仪模块组成的界限扫描仪移位寄存器。其插口和系统总线常被称作JTAG 插口和JTAG 系统总线，其构造如下图1 所显示。

3 非彻底界限扫描仪FPGA 线路板检测

因为检测性设计方案水准的限定，由界限扫描仪元器件和非界限扫描仪元器件构成的非彻底界限扫描仪线路板普遍存有，怎样对此类电源电路开展故障测试与防护是可以分析的至关重要的问题。

3． 1 非彻底界限扫描仪线路板簇检测

运用“虚似数据通道法”，根据电路板上的BS元器件完成非BS 元器件的检测。其基本概念为： 最先将基本元器件集成ic聚类分析合拼组成相对应的逻辑性作用簇“cluster”，其I/O端口号与多个BS 元器件相接，依照一定的优化算法转化成簇检测矢量素材。界限扫描仪检测进行时，簇检测矢量素材根据其键入端BS 元器件载入，检测回应由导出端BS 元器件捕获并根据界限扫描仪链移出来，随后开展結果剖析和解决。这类办法可以运用BS元器件的虚似安全通道对与其说相互连接的cluster I/O连接点开展确诊，即根据虚似键入和虚似导出对逻辑性作用簇开展确诊。对不与BS 元器件相接的剩下I/O端口号，可以用其他方法载入检测矢量和捕获检测回应，开展实体线键入与实体线导出，即串行通信检测与并行处理检测紧密结合。

3． 2 根据BS 与数据I /O 检测空间向量的测试标准

在带有FPGA 元器件的员工中有一部分电源电路，归属于非界限扫描仪元器件，坐落于线路板边沿射频连接器和FPGA元器件产生的界限扫描仪链中间。这一部分元器件的软件性能测试无法开展，可以选用界限扫描仪检测技术与传统的的外界键入矢量素材检测紧密结合的方式。

该方式能完成非界限扫描仪元器件的检测，但因为数据I /O 控制模块键入的矢量素材数据信号务必直到界限扫描仪进行一个循环系统周期时间后，才可以然后键入下一个空间向量，受界限扫描仪检测引流矩阵中并行处理检测空间向量数额的危害，检测用时长，尤其是与外界I /O 中间的时钟频率难以操纵，是科研的核心和难题。

3． 3 拓展界限扫描仪检测

对于根据界限扫描仪技术应用的检测系统软件完成难度系数大、常见故障普及率劣等问题，明确提出了MERGE 法界限扫描仪技术性。将一个完全的数字电路设计分成非界限扫描仪集成ic簇、界限扫描仪集成ic簇和混和集成ic簇。根据界限扫描仪内存卡，结构UUT 的界限扫描仪构造，随后根据界限扫描仪技术性进行检测［3］。

该方式没法在目前ATE上完成自动测试，必须搭建新的检测系统软件。

4 根据作用模型的含FPGA线路板检测

以上方式没法进行整个PCB线路板作用的检测，文中根据含FPGA 线路板作用模型，融合LASAR（ Logic AutomaTIc Simulate and Response） 模拟仿真软件，在某型ATE上完成含FPGA 线路板的自动测试。

4． 1 根据LASAR 的含FPGA 线路板测试方法

LASAR 做为数字电路设计测试开发和逻辑性研究的模拟仿真软件系统软件，已被全世界诸多国防安全电子器件与航空工程所选用，LASAR 的LSRTAP 数据类型已被IEEE制订为规范数字测试互换文件格式。LASAR 后图像处理软件可立即载入在ATE 机器设备上对被模拟仿真线路板开展检测。现阶段，很多ATE 机器设备都保证了LASAR 后图像处理软件以及有关的技术性文档。

针对以上服务平台，进行电路板上各元器件的模型是LASAR 模拟仿真及转化成后处理工艺文档的重要。在LASAR V6.60 中，VITAL（ VHDL IniTIaTIve Towards ASIC Libraries）适用创建FPGA 和ASIC 结构模型。

根据VITAL 语言表达的含FPGA 线路板测试流程如下所示：

（ 1） 在FPGA 开发工具中，对FPGA 元器件开展作用叙述;

（ 2） 编译程序FPGA 元器件的作用软件更新，导出FPGA的环境变量和VITAL 规范文件格式数据信息，创建FPGA元器件的APP实体模型;

（ 3） 将VITAL 规范文件格式数据信息导进LASAR，创建FPGA APP实体模型，完成FPGA 作用模型;

（ 4） 把线路板的网表文档导进LASAR 模拟仿真软件，将模拟仿真的結果导出来，通过后处理工艺，运用到ATE上，对线路板开展检测确诊。

针对检测方来讲，因为无法获得电源设计材料，FPGA 作用模型是科研的难题。

4． 2 根据VITAL 语言表达的FPGA 作用模型

VITAL 是在IEEE std 1076 － 1993 基本上开发设计的，给予朝向ASIC 设计方案的VHDL 实体模型标准语言表达，其意义是推动ASIC 3d模型库在工业生产VHDL 叙述和仿真模拟中的运用，它为ASIC 库的创建、电路原理的叙述给予文件格式相对性稳定的叙述方式，并为提升VHDL 仿真模拟特性给予根据和基本。

VITAL 语言表达规范包含时钟频率软件包VITAL_TIming、创建实体模型用的标准文本文档和基本上元器件包VITAL_Primitives，并引入Verilog SDF （ Standard Delay Format）延迟体制。VITAL_Primitives 包含基本上逻辑性元器件和好用元器件两一部分。基本上逻辑性元器件实体模型实行基本上逻辑性实际操作，完成基本上元器件的作用，好用元器件适用多推动源决策实际操作和查询表实际操作。时钟频率软件包中界定了VITAL 基本上种类，延迟测算函数公式和全过程，时钟频率管束查验全过程等。VITAL_Primitives 应用VITAL_Timing 软件包中界定的种类解析函数。VITAL 中延迟和时钟频率管束都界定为VHDL 类属主要参数，并要求SDF 规范文件格式与VITAL 间对应关系，容许模拟仿真程序流程立即读人SDF文档，遮盖类属主要参数的初始值［9］。

VITAL 实体模型方式可以将FPGA 元器件软件开发的设计输出，转换为LASAR 模拟仿真软件鉴别的元器件实体模型，大大简化FPGA 元器件的作用模型全过程。

4． 3 根据LASAR 的含FPGA 线路板模拟仿真

设计网站表、SDF 文档和宏单元库是转化成LASAR模型需要的关键数据信息。LASAR 中的VITAL 和Verilog转化器能各自将SDF 文档、VHDL 和Verilog 网表变换为LASAR 实体模型。

在LASAR 用户界面中“Model”菜单栏下的“Produce LAS”中挑选相对应转换软件，如下图2 所显示。

若为第一次应用该系列产品元器件，必须将全部宏单元库变换并储存到全部LASAR 客户的库文件目录中。如下图3 所显示，挑选VHDL 源代码，明确VITAL 库，随后明确結果储存途径。

元器件变换全过程分二步实行，最先将VHDL 设计网站表变换为LASAR 结构模型，该全过程和宏单元库转换全过程相近，如下图4 所显示。挑选VHDL 或Verilog 源代码、挑选VITAL 库，随后明确总体目标途径（ 通常为library.lib） 。

进行以上流程后，必须将SDF 文档中包括的时钟频率信息内容必须反方向注解成变换设计方案文档。如下图5 所显示，根据挑选“Produce LAS”下的“Backannotated”选择项，明确设计文档和该设计方案的SDF 文档。LASAR 根据c语言编译器件实体模型，并运行TIMCHG（ 时间转换） 程序流程。TIMCHG 载入SDF 文档，并为元器件连接点分派时钟频率特性。其結果是一个插进到当地library． lib 文档中的． BAV 文档（ 反方向注解实体模型） 。取得成功反方向注解元器件实体模型后，就可以开展整个PCB线路板实体模型编译程序和模拟仿真。

并并不一定的设计方案100% 兼容VITAL，有一些VITAL 和Verilog 构造不可以完全变换。也很有可能有一些设计方案，违背基本上的LASAR 限定。参考文献［5］详细介绍了这种行为和限定。

4． 4 根据LASAR 后处理工艺的含FPGA 线路板检测

LASAR 后处理工艺LSRTAP 转化成的TAP 文档数据信息包含线路板软件性能测试、常见故障词典检验和探笔正确引导确诊三种可单独或混和的数据测试，该数据类型已被IEEE 制订为国家标准数字测试互换文件格式（ DTIF －Digital Test Interchange Format） ，为根据数据模拟仿真的TPS 的研发和交货给予了一种规范的信息和数据类型。

某型线路板自动测试系统软件彻底适用LASAR 转化成的后处理工艺文档。最先运用LASAR 数据模拟仿真软件依照以上提及的数据测试开发设计程序流程，转化成线路板的数据测试，创建规范的“互换检测数据库查询”构造，随后将39个LSRTAP文档全自动变换到相匹配的规范“互换检测数据库查询”中。ATE 立即读取数据库系统中的数据测试，开展检测和确诊。

5 结语

由界限扫描仪和非界限扫描仪元器件构成的非彻底界限扫描仪线路板普遍现象，其故障测试与防护是板级检修检测的难点。文中指出了一种根据作用模型的含FPGA 线路板测试标准。运用FPGA开发工具中转化成VITAL 实体模型并导进LASAR，根据线路板的好板模拟仿真和常见故障模拟仿真，转化成后处理工艺文档，经ATE 读取进行含FPGA线路板的软件性能测试。该办法运用目前检测系统软件，完成了此类线路板的检测与故障检测。

技术性会员专区

• 以作用模型为基本的含FPGA线路板测试标准研究过程详细说明
• 根据Xilinx企业硬IP核的方式完成PCI Express系统总线插口及数据信息的传送设
• 根据FPGA的高级调配16APSK体系数据信号的相关解调优化算法浅谈
• 根据FPGA的浮点数数据类型和高效率的多键入浮点数乘法器产品结构设计
• 根据FPGA的用VHDL语言表达叙述的表明控制系统设计

该文章内容提高散播新技术应用新闻资讯，很有可能有转截/引入之状况，若有侵权行为请联络删掉。