非原理性测试在雷达自动测试系统中的应用

赵婧++张绍庆

摘要：利用FPGA产生各种测试激励信号，运用边界扫描测试原理和ScanWorks软件工具成功搭建通用性雷达自动测试平台，经过动态加载技术和边界扫描技术提升了被测件的测试覆盖率。本自动测试系统具有良好的通用性，被测件通过检测，测试覆盖率高达95% 以上。

关键词：复杂逻辑器件；边界扫描；ScanWorks；Macro语言

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）02-0077-02

1 系统工作原理

由于要确保被测件在测试时不能变更自身软件、固件技术状态，非原理测试设备在提供归一化人机界面的情况下如何避免在一个操作系统中同时运行多个应用软件并保持测试时被测件状态都是需要解决的问题；开发一套与实际故障一一对应的故障模拟操作系统，以嵌入方式集成在系统软件中。为了不更改加载芯片的内容，保证被测件状态不变得情况下，我们采用芯片动态加载技术，测试前将测试计算机中存储的对应被测件FPGA的的固件测试软件进行加载，所加载的固件内容一次有效。再次重新上电后，加载芯片会按照原技术状态对FPGA 进行加载，这样可确保被测件的固件技术状态的一致有效性。

由于雷达插件在信号形式上是多元化的，采用不同的元器件导致在设计非原理性自动测试系统时存在了两种方式：一种是完成对不具备JTAG接口插件的专用测试设备，它是利用被测件自身的电路原理，加载自主设计开发专用测试软件而非雷达工作软件，测试台的软件系统包括系统软件、维护软件，系统软件包括操作系统和实现测试任务的应用主程序，维护软件是指自检软件；第二种是对具有JTAG链接口的插件板进行的边界扫描测试；为同时完成两种测试采用了一种一体化显示控制设备，拥有友好的人机界面和方面的操作规程，显控计算机通过网络向专用测试台和边界扫描测试台发送各种干预指令，并接收测试结果进行打印或保存。

2 系统实现

测试台主要由一个机柜、专用测试分机、边界扫描测试分机、操纵台、显控主机、显示器、键盘和鼠标、测试电缆等组成。

2.1 专用测试

由于雷达设备使用的元器件涉及数字电路、模拟电路、微波电路等多种类型的电路， 对于雷达有部分不具有JTAG接口，利用边界扫描技术测试方法得到的测试覆盖率过低的数字插件，我们根据插件工作原理，设计能产生测试触发激励信号，同时能对被测件上的电路加载测试软件的测试平台，当被测插件形成响应信息后，反馈回测试台进行比对和处理，可对信号通道进行故障定位，再经人工辅助判断，可定位到元器件。

专用测试台主要包括控制系统、产生触发激励等模拟信号的时序检测、接口等设备，由测试计算机（自制件）、专用测试背板、一体化显示控制计算机一起构建成一套专用测试系统，其中一体化显示控制计算机对专用测试分机及边扫测试分机进行人工干预并发送控制命令及故障信息的处理显示和存储。

专用测试台通过显控计算机的界面人工干预等操作，将测试指令通过网络发送给测试计算机，测试计算机利用计算机总线去控制测试背板上的FPGA，产生各种测试用的触发激励等信号，按照测试流程依次对被测件上的对晶振、A/D、I/O、RAM、FIFO、打印并口等电路进行测试，形成的响应信号回送到测试背板上的FPGA内，再通过计算机总线将这些响应信息送入测试计算机进行采集和处理，最后通过网络回送给显控计算机按照报表方式进行处理、显示、存储，测试人员利用测试结果信息对故障进行分析并最终进行故障定位。工作原理流程图如图1。

2.2 边界扫描测试

对于雷达其它具有JTAG接口的数字插件，利用美国ASSET公司开发的ScanWorks边界扫描测试工具，可提供完整的板级测试方案，通过在FPGA管脚和FPGA内部逻辑电路之间增加边界扫描单元（移位寄存器单元），提供生成测试向量以实现对FPGA管脚状态的故障诊断。系统包括测试计算机、测试背板、JTAG模块插件三个部分，如图1的测试分机2。它能测试集成电路芯片管脚的开路及短路故障状态，又能测试芯片内部工作情况。

（1）测试计算机通过网络向测试背板发送控制命令并读取测试结果。

（2）测试背板包括JTAG 多路控制器、电平转换电路及FPGA。由于不同数字插件的接口定义不一样，所以需要将各种接口进行分类和统计，由FPGA产生各被测件接口电路所需的测试触发信号和测试数据同时FPGA还要对被测件的测试输出进行检测。被测件可能具备多个独立的边界扫描链，JTAG 多路控制器需要提供多个总线测试端口，产生符合JTAG 标准的JTAG 测试信号。电平转换电路负责测试背板和被测件电路之间的电平转换。

（3）JTAG模块插件的主要功能是将被测插件接口管脚转接至测试背板上FPGA的边界扫描单元，可使测试计算机同时控制被测件及测试背板上的JTAG链，发送测试向量，并接收测试结果，从而得到被测件上的故障信息。边界扫描测试系统原理图如图2所示。

对于测试计算机中边界扫描测试软件平台，首先应建立被测件的测试工程，不同的被测件，其建立的工程是不同的。边界扫描的测试工程根据测试内容顺序建立各级文件，其中包括：

（1）扫描链路完整性测试：首先添加被测件原理图网络表文件和厂家自带边扫器件的BSDL文件进行分析后，生成测试向量进行边扫器件扫描链完整性测试，边扫器件完整性测试是边界扫描所有测试的基础，只有当完整性测试无故障后，说明当前的边界扫描链路正常，才可以选择互连测试和其他功能性测试类型进行测试。

（2）互连测试：通过器件连接文件对被测插件中所有与边扫器件互连器件之间的故障检测，互连测试是整个边界扫描测试工程的重点，通过执行互连测试，可以准确的测试出电路板芯片之间的各个故障（主要包括开路故障、短路故障、固定逻辑故障等等），而互联测试對器件连接文件的设计要求比较高，为提高测试覆盖率，可以通过修改脚本语言的自定义测试方法，这种方法针对LED、数码管等简单功能测试非常有效。

2.3 簇测试

通过MACRO测试文件对扫描结构间比如LVDS差分传输、光纤传输、特殊类型存储器等非边界扫描器 件进行的功能测试。数字插件上互联测试无法测试的与边扫器件没有直接相连的器件，可以通过编写MACRO文件，利用边扫器件给非边扫器件提供测试通道。它的原理是通過JTAG口，往边扫器件的I/O口输入一串测试向量数据，经非边扫器件输出到边扫器件中，这时ScanWorks软件通过JTAG口读取测试响应信号，测试响应向量与输入的测试向量数据进行比较，判断被测的非边扫器件是否符合逻辑功能，从而达到故障诊断的要求，以提高故障覆盖率。

2.4 测试结果打印并保存

显控计算机提供了一体化人机显示界面，每次对数字插件测试完成后，可自动生成故障信息报表，并支持存储、打印等操作，故障信息报表包括测试时间、雷达型号、测试人员、被测件来源地点，以及测试结果等内容。

3 结语

本自动测试系统搭配相关软件和已开发的测试程序集已经成功应用于某型雷达数字插件的测试与维修，特别适合排除常见的细间距芯片和排阻管脚粘连及虚焊等肉眼难以发现的故障，测试覆盖率可达到95%以上。同时该测试台具有良好的通用性，对JTAG模块的FPGA进行不同的设计就可满足多种被测件的测试需求，实现低成本、高效率的测试系统。

参考文献

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