先进测试标准和技术体系研究

先进测试标准和技术体系研究孟汉城，奚全生(北京航天测控公司,北京100037)0概述测试是测量与试验的简称。测量内涵：对被检测对象的物理、化学、工程技术等方面的参量做数值测定工作。试验内涵：是指在真实情况下或模拟情况下对被研究对象的特性、参数、功能、可靠性、维修性、适应性、保障性、反应能力等进行测量和度量的研究过程。试验与测量技术是紧密相连，试验离不开测量。在各类试验中，通过测量取得定性定量数值，以确定试验结果。而测量是随着产品试验的阶段而划分的，不同阶段的试验内容或需求则有相对应的测量设备和系统，用以完成试验数值、状态、特性的获取、传输、分析、处理、显示、报警等功能。产品测试是通过试验和测量过程，对被检测对象的物理、化学、工程技术等方面的参量、特性等做数值测定工作，是取得对试验对象的定性或定量信息的一种基本方法和途径。测试的基本任务是获取信息。因此，测试技术是信息科学的源头和重要组成部分。信息是客观事物的时间、空间特性，是无所不在，无时不存的。但是人们为了某些特定的目的，总是从浩如烟海的信息中把需要的部分取得来，以达到观测事物某一本值问题的目的。所需了解的那部分信息以各种技术手段表达出来，提供人们观测和分析，这种对信息的表达形式称之为“信号”，所以信号是某一特定信息的载体。信息、信号、测试与测试系统之间的关系可以表述为：获取信息是测试的目的，信号是信息的载体，测试是通过测试系统、设备得到被测参数信息的技术手段。同时，在军事装备及产品全寿命周期内要进行试验测试性设计与评价，并通过研制相应的试验检测设备、试验测试系统（含软、硬件）确保军事装备和产品达到规定动作的要求，以提高军事装备和产品的完好性、任务成功性，减少对维修人力和其它资源要求，降低寿命周期费用，并为管理提供必要的信息。全寿命过程又称为全寿命周期，是指产品从论证开始到淘汰退役为止的全过程。产品全寿命过程的划分，各国有不同的划分。美国把全寿命过程划分为6个阶段：初步设计、批准、全面研制、生产、使用淘汰（退役）。我国将全寿命周期划分为5个阶段：论证、研制、生产、使用、退役。这五个阶段都必须采用试验、测量技术，并用试验手段，通过测量设备和测量系统确保研制出高性能、高可靠的产品。因此，测试技术是具有全局性的关键技术。尤其在高新技术领域，测试技术具有极其重要地位。美军武器装备在试验与评定管理中，对试验与评定的类型分为：研制试验与评定、使用试验与评定、多军种试验与评定、联合试验与评定、实弹试验、核防护和生存性试验等类。但最主要的和最重要的是研制性试验与评定、使用试验与评定两种。试验与评定是系统研制期间揭示关键性参数问题的一系列技术，这些问题涉及技术问题（研制试验）；效能、实用性和生存性问题（使用试验）；对多个军种产生影响问题（多军种联合试验）；生存性和杀伤率（实弹试验）等。但核心是研制性试验与评定及使用性试验与评定，主要解决军工产品在研制过程中的技术问题和使用的效能、适应性和生存性问题。研制试验与评定是为验证工程设计和研制过程是否完备而进行的试验与评定，通过研制试验与评定达到减少风险，验证和确定设计并确保产品已做好研制性验收准备。使用试验与评定的作用是确保武器系统在真实环境下能满足经过确认的用户要求。使用试验的重点是使用要求、效能和适应用，而不是象研制试验那样证明工程规范。从发达国家高新技术产业的研究开发费和时间的统计分析，得出产品的测试费用、测试周期占产品研发费用和周期的40%左右，并保持上升趋势。因为，高新技术产品与传统产品的一个重要区别在于：高新科技产品越来越先进，而错误的含量也越来越高。因此，只有通过充分的测试与试验验证，才能有效地降低产品的错误含量，满足使用要求。因此，发达国家越来越重视试验、测量技术，并相应建立了许多专业实验室和工程技术中心，加大投资力度，赋予重要职责，带动产品的开发。由于试验技术主要针对产品特定要求而进行。如：产品的研制性和使用性试验与评定技术重要区域是：寿命试验、设计评定／确认试验、设计极限试验、可靠性研制试验、可靠性可用性和维修性综合评估试验、早期使用评估试验、后续使用试验与评定、合格鉴定使用试验与评定等内容。均是针对特定产品在特定试验环境按一定试验方案，采用测量或度量设备、系统进行研究过程。试验技术针对性强，范围广泛。同时由于试验与测量技术紧密相连，一般简称为测试技术，但这里涉及内容主要是测量技术内容。1相关测试标准标准的定义：在一致同意基础上建立起来的，用来定义接口、服务、协议或数据格式、规范等公开可用的文件。不是所有的标准都适用于所有情况，必须是数个标准一起工作才满足应用需求。开放原则应用中一个基本的要点是选择和规定适合某种环境和需要的标准体系结构组成部分只有符合标准才会满足开放系统目标。1.1边缘扫描技术标准由美国IEEE计算机协会测试技术标准委员会制订。共有四个系列标准：IEEE1149.1——2001年标准：《测试访问端口与边界扫描体系结构》IEEE1149.4——1999年标准：《混合信号测试总线》IEEE1149.5——1995年标准：《测试与维修总线协议》IEEE1149.6——2003年标准：《先进数字网络边界扫描测试》边缘扫描技术提供了一套新的完整测试技术，它能够完成复杂数字电路、混合信号电路板测试的技术障碍。在实际测试电路及电路板时不再需要借助复杂和昂贵的测试仪器和装置，并且提供了一种独立于电路板技术的测试方法。边缘扫描测试技术通过连接器连到PCB板上的所有内部测试点上，并能使电路板内部连接电路正常工作，并实现快速测试。采用边界扫描技术在减少投资和制造费用，提高产品质量及在元件和电路板小型化、复杂的ASIC、VLSI、SOC装置等测试、诊断等方面具有重要的价值。此外，边界扫描测试技术还提供了快速的样本检测及生产测试。边界扫描技术现今已被世界上几乎所有的印制电路板（PCB）生产厂所接受，其主要原因是节省了PCB电路板不同生产阶段的成本。在集成电路，电路板设计阶段，节省了设计测试验证时间，在工厂生产阶段，由于各个生产工序测试准备时间和故障诊断时间的节省，以及可使用更低档的测试设备，因使生产测试费用极大降低，据有的资料报导可减少50%以上，而且提高了生产能力。在现场维修阶段，测试设备的简化、测试准备时间的减少及易于维修、诊断，备用电路板库存减少等都可节省大量的开支。边界扫描测试技术的采用将导致集成电路、PCB板生产费用，包括对IC采取预防措施的开发费用大量减少，尤其使用维护费用大大减少。边界扫描技术现已发表的标准共有四种。1.1.1《测试访问端口与边界扫描体系结构》标准（IEEEStd1149.1——2001）是为数字集成电路和数一模混合集成电路的数字部分定义了测试访问端口和边界扫描体系结构。本标准定义的特征元素致力于为基于高复杂性数字集成电路和高密度表面装配等工艺技术的印制电路板的测试问题提供解决方案。本标准也提供了访问和控制置入数字集成电路内部的、专为测试用途而设计的特征元素的方法和途径。这些特征包括内部扫描路径和自测试功能等，以及支持已装配产品业务应用的其它特征。边界扫描技术就是在靠近每个组件（component）管脚的位置引入移位寄存器（植入在边界扫描寄存器单元中），以便根据边界扫描理论来控制和监视组件边界的信号。组件component所有管脚的边界扫描寄存器单元相互连接在一起，从而组成一个围绕产品边界的移位寄存器路径链，而该路径提供了串行输入输出连结和必要的时钟和控制信号。对于由多个集成电路装配而成的产品而言，各个组件相应的边界扫描寄存器串行地连结在一起，从而形成一条贯穿整个产品的总路径，板级产品设计也可以包含几条独立的边界扫描路径。使用测试访问端口与边界扫描体系结构测试逻辑也能够提供对植入组件内部的许多为测试而专门设计的特征属性的访问，这些特征包括内部扫描路径，自测试功能或其它支持功能。测试逻辑结构：IEEE1149.1逻辑架构中必须包含下列硬件单元：●测试存取通道（TAP）●TAP控制器●指令寄存器●测试数据寄存器组而指令寄存器和测试数据寄存器必须是由移位寄存器构成的单路径，这些路径被并行地连接在一起，具有一条公共的串行数据输入和一条公共的串行数据输出，分别连结到TAP的TDI和TDO信号。而对位于TDI和TDO之间的可供选择的指令和数据寄存器的选择，是由TAP控制器来进行控制的。测试数据寄存器01G2(可选)边界扫描寄存器器件标志寄存器测试数据寄存器测试数据寄存器旁路寄存器TDI指令解码器指令寄存器时钟和/或控制TAP控制TMSTCKTRST输出缓存TDOMUXG1图1测试逻辑结构图1.1.2混合信号测试总线（IEEEStd1149.4——1999）混合信号测试总标准是对IEEE1149.1——1990标准中描述的数字电路的可测试性01G201G1IDC1IDC扫描输入时钟A时钟B模式信号输入移位/加载扫描输出信号输出图2边界扫描寄存器单元核心电路AT1AT2VHVLVGVHVLVG模拟测试访问端口(ATAP)TDITDOTMSTCK测试访问端口(TAP)(同IEEE1149.1)边界扫描路径数字I/O管脚内部测试总线(AB1.2)模拟I/O管脚模拟扫描管脚(ABM)数字扫描模块(DBM)测试总线接口电路(TBIC)测试控制电路TAP控制器指令寄存器和解码器图3IEEE1149.4构件基本结构(最低配置)结构进行了扩展，以便于为混合信号电路提供类似的功能。同时描述了这种体系结构以及控制和访问数模混合测试数据的方法，定义、规范和推动标准混合信号测试总线的使用，将其应用于器件和部件的层次级别，提高混合信号电路设计的可控性和可观察性，支持混合信号内置测试结构以降低测试开发时间和测试成本，提高测试质量。它能完成：●布线测试：能测试印制电路部件PCA（PrintedCircuitAssembly）中布线的短路和断路；●参数测试：进行模拟量参数测量，同时也测量PCA中分立组件信号的有无及其具体值；●内部测试：不管混合信号元器件是否属于PCA，都要对其内部电路进行测试。整个IEEE1149.4标准基本结构如图3。图中表示了本标准的基本结构和工作内容。通过TAP允许测试数据通过输入输出电路。每个数字功能管脚相关的边界扫描模块可以访问核心电路进行数字测试激励并采集数字测试结果。每个模拟功能管脚是可选的，它为模拟测试信号提供访问端ATAP。它由两个管脚（AT1，AT2）测试接口电路（TBIC）和两条模拟电路测试线路组成，可完成模拟电路测试。1.1.3模块化测试与维修总线（MTM—Bus）协议IEEE1149.5——1995标准：模块化测试与维修总线（MTM—Bus）协议。规范了串行背板测试与维修总线，该总线用于将不同设计团队或供应商所研制的模块集成到一个可测试和维修的子系统中。标准规范了物理层，链路层和命令层。标准接口协议和命令可用于提供模块所必需的基本测试与维修特征，同时用于提供对模块上的资源（存储器，外围设备等）和IEEE1149.1边界扫描设施的访问。标准命令和功能支持将故障隔离到独立模块，并支持对模块之间的背板布线测试。MTM—Bus包括：●MTM—Bus应包括MTM—Bus控制信号MCTL（MTM—BusControlSignal）,它由当前主模块向全部连接的从模块单向传输的信号。●MTM—Bus应该包括一个总线主模块数据信号MMD（MTM—BusMasterDataSignal）是从当前主模向全部连接的从模块单向传输的信号。●MTM—Bus应该包括一个总线从模块数据信号MSDC（MTM—BusSlaveDataSignal），是每个连接的从模块向当前主模块单向传输的信号。●MTM—Bus还包括一个总线时钟信号MCTL（MTM—BusClockSignal），它是从总线时钟源向主模块和连接的从模块单向传输的信号。MTM—Bus模块上所有信号的输入和输出应该是专用联结，而这些模块引脚不得用于其它用途。MMD、MSD、MPR和MCTL信号在多点结构中应该连接到所有模块，即这四个信号的所有驱动器/接收器都应该共用