一种基于开关矩阵控制的可变链长动态边界扫描结构和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电路边界扫描，具体为一种基于开关矩阵控制的可变链长动态边界扫 描结构和方法。
【背景技术】
[0002] 边界扫描技术由于其灵活度高、集成性好等多项特点，被广泛应用在计算机、通信 以及航空航天等诸多领域。通过边界扫描，能够使得许多系统功能得以实现，例如在线"健 康"状况监测、信息采集、故障检测、故障注入（用于故障转移测试或冗余度测试）以及诊断 等等。就健康管理和信息采集而言，对于芯片或系统的实时性或动态性要求较高，这就需要 边界扫描对此能够有较好的适应性。
[0003] 然而，目前大多设计电路内部边界扫描结构是确定的，不论是边界扫描单元的顺 序，还是边界扫描链的长度都是固定不变的。这样的边界扫描结构在应用时容易受到管脚 数量和位置的限制，靠近串行输出端口附近的管脚信息容易被采样到，位置靠近串行输入 端的管脚信息，就需要经过较长时间的移位才能获取，导致移位周期长，效率较低，不能够 较好地适应健康管理、信息采集的实时、动态性要求。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于开关矩阵控制的可变链长动态 边界扫描结构和方法，其能够根据不同的采集需求，能够针对边界扫描链长进行调整，进而 实现边界扫描的快速访问，弥补现有技术的不足。
[0005] 本发明是通过以下技术方案来实现：
[0006] -种基于开关矩阵控制的可变链长动态边界扫描方法，包括如下步骤，
[0007] 步骤一，根据电路中最长边界扫描链内所有边界扫描单元的数量和位置，生成如 下对应的总开关矩阵，
[0009] 其中，m表示最长边界扫描链中所有边界扫描单元的数量，m为正整数；
[0010] i表示全部边界扫描单元对应的序号，1彡i彡m ;
[0011] j表示最长边界扫描链中边界扫描单元的序号，I < j < m ;
[0012] 全部边界扫描单元对应的序号i和最长边界扫描链中边界扫描单元的序号j均分 别按最长边界扫描链中的位置从链尾到链首由1开始依次编号；
[0013] 总开关矩阵中对应的默认开关状态均为打开状态；
[0014] 步骤二，根据需要观测控制的边界扫描单元数量和位置，确定总开关矩阵中需要 闭合开关的链路开关矩阵；表示如下，
[0016] 其中，η表示需要观测控制边界扫描单元个数，1彡η彡m，
[0017] k表示需要观测控制边界扫描单元的序号，K k < η ;
[0018] 需要观测控制边界扫描单元的序号k按其在最长边界扫描链中的位置从链尾到 链首由1开始依次编号；
[0019] η和k均为正整数；
[0020] 步骤三，根据链路开关矩阵和需要观测边界扫描单元的序号k，确定总开关矩阵中 需要闭合的开关为a、 k，s为需要观测边界扫描单元的序号k在最长边界扫描链中边界扫描 单元中对应的序号，I < S < m，S为正整数；
[0021] 步骤四，通过寄存器配置或译码逻辑控制将需要闭合的开*aSik的状态更改为闭 合状态后，组成边界扫描短链，实现所有需要观测控制的边界扫描单元的边界扫描操作。
[0022] 优选的，步骤2中，将链路开关矩阵中的无效开关剔除后，得到如下的有效链路开 关矩阵如下，
[0024] -种基于开关矩阵控制的可变链长动态边界扫描结构，包括电路上设置的边界扫 描单元，直通开关，以及一一对应边界扫描单元连接的控制开关组，
[0025] 边界扫描单元依次串行后组成最长边界扫描链，
[0026] 第一边界扫描单元对应的第一控制开关组的输入端连接电路的串行输入端，第一 控制开关组的输出端分别连接全部边界扫描单元的串行输入端；
[0027] 其余边界扫描单元对应的控制开关组的输入端分别连接前一级边界扫描单元的 输出端，对应的控制开关组的输出端分别连接包括该边界扫描单元及其后所有边界扫描单 元的串行输入端；
[0028] 每个边界扫描单元对应的控制开关组均分别与一个直通开关输入端并联，所有直 通开关的输出端均与电路的串行输出端连接；
[0029] 最后一个边界扫描单元的串行输出端通过一个直通开关连接电路的串行输出端。
[0030] 其中，从第一控制开关组到最后控制开关组中开关分别与优选的方案中所述的有 效链路开关矩阵中的每列的开关一一对应。
[0031] 进一步，电路的串行输入端为标准JTAG测试数据输入端TDI。
[0032] 进一步，电路的串行输出端为标准JTAG测试数据输出端TDO。
[0033] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
[0034] 本发明基于开关矩阵控制的可变链长动态边界扫描结构和方法，通过对应每个边 界扫描单元设置的开关组成的开关控制矩阵，使其在进行不同数量和位置的边界扫描单元 时能够进行最为优化的开关和链路控制，形成效率极高的边界扫描短链，完成预定的扫描 目标。同时在结构上，将矩阵的输入端是开关矩阵的控制逻辑和全部边扫单元的串行输出 端，而开关矩阵的输出端则是全部边扫单元的串行输入端。开关矩阵的控制启动后，开关矩 阵将根据设定的目标进行扫描链的组合装配，将需要观测的管脚按照一定的顺序串联起来 组成目标扫描链，用于快速捕获和传输所需的数据信息；其相比较现有技术中的链路扫描 结构和方法能够节省的周期数能够达到90%以上，极大的提高了观测和控制的效率及相应 时间。
【附图说明】
[0035] 图1为现有的边界扫描链结构示意图。
[0036] 图2为边界扫描单元结构图。
[0037] 图3为本发明实例中所述的开关矩阵结构控制示意图。
[0038] 图4为本发明实例中所述的观测一个管脚的开关矩阵控制链路示意图。
【具体实施方式】
[0039] 下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而 不是限定。
[0040] 本发明基于开关矩阵控制的可变链长动态边界扫描结构和方法，设计了一种开关 控制矩阵，矩阵的输入端是开关矩阵的控制逻辑和全部边扫单元的串行输出端，而开关矩 阵的输出端则是全部边扫单元的串行输入端。开关矩阵的控制启动后，开关矩阵将根据设 定的目标进行扫描链的组合装配，将需要观测的管脚按照一定的顺序串联起来组成目标扫 描链，用于捕获和传输所需的数据信息。这个过程就好比扳道岔，组成的目标链就是根据需 要快速组合成的高速铁路。开关矩阵的控制逻辑可以通过寄存器来配置，亦可通过译码逻 辑实现，这部分结构较为简单，在此不再赘述。本发明的重点和难点是开关矩阵的设计。
[0041] 其中，开关矩阵通式如下。
[0042] 假设电路有m个边界扫描单元，要实现一条长度为η，η为正整数，I < η < m，的边 界扫描短链，最多需要开关为m*n个，用矩阵A表示如下：
[0044] 其中，i表示m个边界扫描单元序号，I < i < m，k表示长度为η的边界扫描短链 中边界扫描单元序号，K k < η。
[0045] 要组成不定长度η的边界扫描短链，用矩阵B表示如下：
[0047] 其中，alik表示矩阵中任一元素，只有当k < i < m时，a lik= 1，即存在开关，其他 元素均为〇,即不需要开关。
[0048] 组成不定长度η的边界扫描短链所需的开关总数为：
[0050] 其中，1彡η彡m，可以实现的组合数为
[0051] 要实现不定长度η的边界扫描短链控制和观测所需的开关总数为：
[0053] 其中，0彡η彡m，可以实现的组合数为
[0054] 其中，开关矩阵生成的步骤如下。
[0055] 要组成一个链长为n，1彡η彡m，的边界扫描短链，首先需要创建开关控制矩阵，创 建开关矩阵的步骤如下：
[0056] 1)将m个边界扫描单元从链尾（TDO)到链首（TDI)依次编号为Ml、M2、……、Mm。
[0057] 2)选择要观测的η个边界扫描单元，按照顺序依次编号为nl、n2、…、ni、…、nn， 1<11；[<1111，并分别记为1111、1]12、*"、111；[、*"、1]111，其中111；[，1<111；[<111，表示第11；[个被选 择的边界扫描单元在m个边界扫描单元中的对应编号。
[0058] 3)根据η个边界扫描单元的序号和其对应编号创建m行η列的链路开关矩阵， aniini表示开关矩阵的第mi行第ni列元素。η个边界扫描单元的编号作为矩阵的列号，其 在m个边界扫描单元中的对应编号作为矩阵的行号。根据选中的边界扫描单元的序号和对 应编号，将矩阵对应位置元素置1，表示此处开关需要闭合；矩阵元素为〇,表示此处不需要 开关或开关不需要闭合。
[0059] 4)依据开关矩阵中的元素值情况进行相应控制，就可以组成任意链长η的边界扫 描短链。
[0060] 具体的，下面以边界扫描收发器电路为例，介绍开关矩阵及其控制方法。
[0061] 边界扫描收发器电路中共有36个边界扫描单元，可组成最长36位的边界扫描链。 开关矩阵的主要作用是实现从36个边界扫描单元中取出一部分边界扫描单元组成一条短 的边界扫描链，从而提高监测和诊断效率。要实现短链的控制和观测，首先要组成短的边界 扫描链，接下来将通过介绍如何设计开关矩阵，实现短链的组建。
[0062] 如果要实现一条长度为η，η为正整数，1 < η < 36,的边界扫描链，最多需要开关 为36*η个，用矩阵表示如下：
[0063]
[0064] 记作矩阵A，其中，矩阵的行号i表示36个边界扫描单元，i = 1，2，…，36;矩阵 的列号k表示边界扫描短链的η个边界扫描单元，k = 1，2，…，η。
[0065] 假设从36个边界