SCANSTA111：增强型扫描桥接多分支可寻址IEEE 1149.1（JTAG）端口芯片详解

在电子设备的测试与调试过程中，IEEE 1149.1（JTAG）标准发挥着重要作用。而TI的SCANSTA111芯片则是该标准的增强型实现，它为多分支测试总线环境带来了更强大的功能。今天，我们就来深入了解一下这款芯片。

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一、芯片特性

1. 真正的IEEE 1149.1分层和多分支可寻址能力

7个插槽输入支持多达121个唯一地址、一个询问地址、一个广播地址和4个多播组地址（地址000000保留），这为系统提供了丰富的寻址选择，工程师们可以根据实际需求灵活配置。

2. 3个兼容IEEE 1149.1的可配置本地扫描端口

通过模式寄存器0，本地TAP可以被旁路、单独插入扫描链或按2个或3个一组串行插入。透明模式只需一条指令即可启用，方便地将背板IEEE 1149.1引脚缓冲到单个本地扫描端口，这大大提高了测试的灵活性和效率。

3. 其他实用特性

• LSP ACTIVE输出为支持IEEE 1149.4的模拟总线提供本地端口使能信号。
• 通用本地端口直通位可用于为FPGA编程提供写脉冲或监控设备状态。
• 具有已知的上电状态，所有本地扫描端口都有TRST。
• 32位TCK计数器和16位LFSR签名压缩器，方便进行内置自测试操作。
• 本地TAP可通过OE输入变为三态，允许备用测试主设备控制本地TAP。
• 工作电压范围为3.0 - 3.6V Vcc，支持带电插拔，并且在电源关闭时输入和输出为高阻抗。

二、芯片描述

SCANSTA111将IEEE Std. 1149.1测试总线扩展到多分支测试总线环境。与单串行扫描链相比，多分支方法的优势在于提高了测试吞吐量，并且能够从系统中移除一块板，同时仍能对其余模块进行测试访问。每个SCANSTA111支持多达3个本地IEEE 1149.1扫描环，这些扫描环可以单独访问或串行组合。通过将指令寄存器加载与插槽输入匹配的值来完成寻址。背板和板间测试可以通过Park指令将本地TAP控制器置于稳定的TAP控制器状态之一轻松完成。32位TCK计数器允许在一个端口上执行内置自测试操作，同时对其他扫描链进行测试。

三、芯片架构

1. 主要功能块

• TAP控制器：一个16状态的状态机，是设备的中央控制单元，控制着芯片的各种操作。
• 指令寄存器和测试数据寄存器：这些寄存器按照IEEE Std. 1149.1的定义工作，可通过扫描来实现SCANSTA111的各种功能。
• 选择控制器：提供使1149.1协议在多分支环境中使用的功能，主要比较地址输入和插槽标识，使SCANSTA111能够进行后续的扫描操作。
• 本地扫描端口网络（LSPN）：包含用于选择不同端口配置的复用逻辑，其控制块包含每个本地扫描端口的本地扫描端口控制器（LSPC），该控制块接收来自SCANSTA111指令寄存器、模式寄存器和TAP控制器的输入。

四、引脚描述

芯片的引脚众多，每个引脚都有其特定的功能，下面为大家列举一些重要引脚：

• 电源和地引脚：VCC和GND为芯片提供电源和接地。
• 背板相关引脚：TMSB、TDIB、TDOB、TCKB、TRSTB用于背板测试模式选择、测试数据输入输出、时钟输入和测试复位。
• 插槽标识引脚：S(0 - 6)用于识别每个SCANSTA111在系统背板上的唯一地址。
• 本地扫描端口引脚：TDO(0 - 2)、TDI(0 - 2)、TMS(0 - 2)、TCK(0 - 2)、TRST(0 - 2)用于本地扫描端口的测试数据输入输出、模式选择、时钟输出和复位。
• 其他引脚：如AB、YB用于背板直通输入输出，OE用于本地扫描端口的输出使能，LSP_ACTIVE用于本地模拟测试总线使能等。

五、应用概述

1. 寻址方案

SCANSTA111通过补充寻址方案扩展了IEEE 1149.1标准的功能，允许测试控制器与网络中的特定SCANSTA111进行通信。该芯片提供两级测试网络分区能力：

• 一级协议：测试控制器可以选择单个SCANSTA111、特定的SCANSTA111集合（多播组）或所有SCANSTA111（广播）。
• 二级协议：在每个选定的SCANSTA111内，测试控制器可以选择芯片的一个或多个本地扫描端口，从而选择整体扫描网络中的特定终端扫描链。

2. 分层支持

多个SCANSTA111可以用于组装分层边界扫描树。系统测试仪可以配置一组SCANSTA111的本地端口，将特定的本地扫描链连接到活动扫描链，从而选择性地与目标系统的特定部分进行通信。

六、状态机

SCANSTA111包含三个不同但相互耦合的状态机：

• TAP控制状态机：用于按照1149.1标准驱动SCANSTA111的扫描端口。
• SCANSTA111选择状态机：执行地址匹配，实现芯片的多分支能力，支持单SCANSTA111访问、多播和广播，实现一级协议。
• 扫描端口配置状态机：用于控制本地扫描端口插入或隔离到整体扫描链中，实现部分二级协议。每个本地端口可以处于四种稳定状态之一，并且可以单独或与其他本地端口同时停放或解停放。

七、测试仪与SCANSTA111接口

IEEE 1149.1系统测试仪通过SCANSTA111的背板扫描端口发送指令。在测试逻辑复位后，SCANSTA111的选择状态机处于等待地址状态。当TAP控制器进入Shift - IR状态时，通过TDIB输入移入的数据被移入指令寄存器。通过地址识别逻辑比较指令寄存器的7个最低有效位与S(0 - 6)输入上的7位分配地址，若匹配则SCANSTA111被选中，否则进入未选中状态。一旦选中，就可以使用二级协议访问芯片的各种寄存器。

八、寄存器集

SCANSTA111包含多个寄存器，用于选择和配置、扫描数据操作和扫描支持操作，主要包括指令寄存器、边界扫描寄存器、旁路寄存器、设备识别寄存器、多播组寄存器、模式寄存器等。这些寄存器在芯片的正常运行和测试过程中发挥着重要作用。

九、寻址模式

1. 直接寻址

每个SCANSTA111必须通过S(0 - 6)输入静态配置一个唯一地址。当TAP控制器进入测试逻辑复位状态或指令寄存器更新为GOTOWAIT指令时，SCANSTA111进入等待地址状态。在Update - IR状态下，比较指令寄存器的7个LSB与S(0 - 6)输入上的地址，若匹配则选中，否则未选中。

2. 广播寻址

广播地址允许测试仪同时选择测试网络中的所有SCANSTA111。为避免不同板上扫描路径输出驱动器之间的总线争用，在广播模式下每个SCANSTA111的TDOB缓冲器始终为三态。

3. 多播寻址

SCANSTA111的多播组寄存器（MCGR）可以编程为将其分配到四个多播组之一。当处于等待地址状态的SCANSTA111更新为多播地址时，所有MCGR与多播组匹配的SCANSTA111将被选中，TDOB在多播模式下也始终为三态。

SCANSTA111芯片以其丰富的特性和强大的功能，为电子工程师在多分支测试总线环境下的设计和测试工作提供了有力的支持。大家在实际应用中是否遇到过类似芯片的使用问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。