非原理性測試在雷達自動測試系統中的應用

趙婧++張紹慶

摘要：利用FPGA產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，經過動態加載技術和邊界掃描技術提升了被測件的測試覆蓋率。本自動測試系統具有良好的通用性，被測件通過檢測，測試覆蓋率高達95% 以上。

關鍵詞：復雜邏輯器件；邊界掃描；ScanWorks；Macro語言

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

1 系統工作原理

由于要確保被測件在測試時不能變更自身軟件、固件技術狀態，非原理測試設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中同時運行多個應用軟件并保持測試時被測件狀態都是需要解決的問題；開發一套與實際故障一一對應的故障模擬操作系統，以嵌入方式集成在系統軟件中。為了不更改加載芯片的內容，保證被測件狀態不變得情況下，我們采用芯片動態加載技術，測試前將測試計算機中存儲的對應被測件FPGA的的固件測試軟件進行加載，所加載的固件內容一次有效。再次重新上電后，加載芯片會按照原技術狀態對FPGA 進行加載，這樣可確保被測件的固件技術狀態的一致有效性。

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致在設計非原理性自動測試系統時存在了兩種方式：一種是完成對不具備JTAG接口插件的專用測試設備，它是利用被測件自身的電路原理，加載自主設計開發專用測試軟件而非雷達工作軟件，測試臺的軟件系統包括系統軟件、維護軟件，系統軟件包括操作系統和實現測試任務的應用主程序，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備，擁有友好的人機界面和方面的操作規程，顯控計算機通過網絡向專用測試臺和邊界掃描測試臺發送各種干預指令，并接收測試結果進行打印或保存。

2 系統實現

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、測試電纜等組成。

2.1 專用測試

由于雷達設備使用的元器件涉及數字電路、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，利用邊界掃描技術測試方法得到的測試覆蓋率過低的數字插件，我們根據插件工作原理，設計能產生測試觸發激勵信號，同時能對被測件上的電路加載測試軟件的測試平臺，當被測插件形成響應信息后，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、產生觸發激勵等模擬信號的時序檢測、接口等設備，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建成一套專用測試系統，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并發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等操作，將測試指令通過網絡發送給測試計算機，測試計算機利用計算機總線去控制測試背板上的FPGA，產生各種測試用的觸發激勵等信號，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，形成的響應信號回送到測試背板上的FPGA內，再通過計算機總線將這些響應信息送入測試計算機進行采集和處理，最后通過網絡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接口的數字插件，利用美國ASSET公司開發的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對FPGA管腳狀態的故障診斷。系統包括測試計算機、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，又能測試芯片內部工作情況。

（1）測試計算機通過網絡向測試背板發送控制命令并讀取測試結果。

（2）測試背板包括JTAG 多路控制器、電平轉換電路及FPGA。由于不同數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計，由FPGA產生各被測件接口電路所需的測試觸發信號和測試數據同時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，產生符合JTAG 標準的JTAG 測試信號。電平轉換電路負責測試背板和被測件電路之間的電平轉換。

（3）JTAG模塊插件的主要功能是將被測插件接口管腳轉接至測試背板上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，發送測試向量，并接收測試結果，從而得到被測件上的故障信息。邊界掃描測試系統原理圖如圖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測試內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絡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，只有當完整性測試無故障后，說明當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，通過執行互連測試，可以準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），而互聯測試對器件連接文件的設計要求比較高，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測試文件對掃描結構間比如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。數字插件上互聯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據，經非邊掃器件輸出到邊掃器件中，這時ScanWorks軟件通過JTAG口讀取測試響應信號，測試響應向量與輸入的測試向量數據進行比較，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，以及測試結果等內容。

3 結語

本自動測試系統搭配相關軟件和已開發的測試程序集已經成功應用于某型雷達數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現的故障，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進行不同的設計就可滿足多種被測件的測試需求，實現低成本、高效率的測試系統。

參考文獻

[1]陳巖申，張波，李艷青.用邊界掃描技術檢測非邊掃器件[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計[M].雷達科學與技術，2014，12（6），645-648.

[3]楊瑩，王雪茹，吳勇，王媛媛.邊界掃描突出優勢解析.數字技術與應用，2012（4）：270-271.

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