SJTAG技术在ATCA体系的应用

背景技术

　　随着通信市场对无线与有线服务的需求持续成长，电信产业认识到需要跳脱专利型或部分开放型架构的桎梏，以便获得更多的选择空间。因此PICMG（PCI Industrial Computer Manufacturers Group，PCI工业计算机制造组织）提出了AdvancedTCA的开放式硬件平台的相关规范，称为PICMG 3.X规范，针对新一代网络元素提供充裕的扩充性与空间，支持多种交换协议与接口，提供一套机箱层级的管理机制，采纳业界标准的智能型平台管理接口(Intelligent Platform Management Interface)，能运用智能型平台管理总线建置成放射状或总线拓扑。

图1 ATCA基本管理结构图

　　在ATCA架构的系统中，每个机框配备两块CMM（Chassis Management Module，机框管理模块），互为主备，如图1所示，每个CMM可单独管理机框内的所有单板，同时每个单板中都需要实现IPMC（Intelligent Platform Management Controller，智能平台管理控制器）的功能，IPMC主要完成ATCA单板或其他机框组件上各种关键硬件资源的监视、控制及管理，包括单板或模块的有效净荷部分状态检测、单板温度及电压检测、热插拔管理、FRU信息获取、告警管理、电源管理、复位状态、传感器及事件管理、日志管理、E-Keying（电子开关）管理等，同时要完成对AMC（Advanced Mezzanine Card，高级夹层子卡）子卡硬件地址、温度、电压、复位、热插拔和告警指示灯等的管理及事件记录，通过双冗余的IPMB（Intelligent Platform Management Bus，智能平台管理总线）总线与CMM通信，把各种事件及信息上报给CMM并接受CMM的管理和控制。

　　AMC子卡基于PICMG所提出的PICMG AMC.0 Rx规范，子卡在MMC（Module Management Controller，模块管理控制器）的管理下具有热插拔、告警指示、电压/温度监控、有效净荷状态监控、上/下电控制、地址识别、FRU信息读取等功能，MMC与IPMC之间通过IPMB-L总线相连进行通信。

图2 JTAG独立型连接图

　　随着ATCA架构在电信行业逐渐推广和大规模使用，单板的逻辑及软件版本的更新必然更加频繁，同时大规模集成电路越来越多的内嵌了支持IEEE1149.1协议的JTAG技术以便支持其测试及维护，借助于JTAG技术，越来越多的芯片能够支持ISP(In System Programe，在系统可编程)及ICT(In Circuit Test，电路在线测试)等技术，这种编程及维护方式正逐渐成为设计的主流。

图3 JTAG菊花链连接图

　　目前的JTAG技术都是基于IEEE1149.1标准，其在单板中的应用基本上基于图2及图3的方式。图2的使用情况较多，简单易行，但是增加板上插座数量，增加了成本和布局面积，现场维护也不方便；图3的连接方式其实就是JTAG菊花链的改进型，可以减少插座使用数量，但菊花链的延长使得该链的TCK最大频率受制于该链中最低TCK频率的器件，同时导致整条链上BSC(Boundary Scan Cell，边界扫描单元)的增加，严重降低JTAG扫描的速度。对于不同电平的JTAG还额外需要增加电平转换器件。

　　SJTAG技术概述

　　SJTAG（System JTAG）技术基于已废弃的IEEE 1149.5协议的基础，SJTAG Group发展成系统级边界扫描标准，专注于系统层面的Test &Configuration，SJTAG能提供以背板互联为依托的一种多板甚至多框测试配置方案。

　　SJTAG技术应用的不利因素

　　在一个独立的机框中各单板中JTAG设备的边界扫描以及更新可以由单板独立完成，或由其他控制板通过某种类型总线传送到该单板进行，从而可实现自更新/自测试或者远程更新/远程测试，如图4所示。图中管理板与单板之间的通信总线可以有多种选择，但是根据ATCA的规范，管理板与节点板之间只有IPMB总线，而IPMB即为IIC总线，IIC总线的全速只有400Kb/s，在进行大量测试以及更新数据传送时这种速录一定会成为瓶颈。此为JTAG技术在ATCA中应用的一个不利因素。

　　此外，这种通信方式要求位于节点板上的本地控制器（部分地方也称为BMC或者IPMC）处于工作状态，如果本地控制器没有工作，例如在工厂生产测试情况下或者本地控制器由于某种原因处于故障状态，也无法进行JTAG测试流程。此为JTAG技术在ATCA中应用的第二个不利因素。

图4 依赖本地控制器的JTAG测试结构图

　　另外，基于PICMG R3.0标准衍生发展的PICMG AMC.0 Rx标准，使得AMC子卡的应用逐渐增多，AMC子卡的设计也越来越复杂多样，使用的JTAG设备也越来越多，而AMC标准仅提供一套JTAG接口，如果仅仅将AMC上所有JTAG如图3所示串成一条菊花链，随着器件的增加，菊花链中的BSC必然越来越多从而影响测试速度。这是JTAG技术在ATCA中应用的第三个不利因素。

　　SJTAG技术应用方案

　　为实现在ATCA系统架构中，克服以上不利因素，应用SJTAG技术，实现各单板的所有JTAG设备包括AMC子卡及本地控制器的更新（包括PLD/FPGA/CPU/FLASH）或者测试（包括在位测试/简单管脚互连测试等/内建自测/管脚状态测试等测试项目），同时支持远程更新及测试流程下发。现采用如下的技术方案。如图5所示。

图5 ATCA的SJTAG测试结构图

　　（1）ATCA所有业务单板中增加专用JTAG ASIC桥片，桥片地址可直接使用机框槽位地址，分出多条JTAG子链，分别连接业务单板上的PLD/FPGA/CPU/AMC等所有包含JTAG的设备，并按照规则分类。

　　（2) CMM单板中增加ETC（Embedded Test Controller，嵌入式测试控制器）以及JTAG桥片，通过一个主备逻辑来选择当前CMM处于机框测试主控板还是被测单板，从而实现主备互相升级。当作为被测单板时，其JTAG桥片的设计与普通业务单板相同。如图6所示。

图6 CMM主备互相升级结构图

　　（3）AMC子卡如果JTAG设备较多，也可增加JTAG桥片，连接方式同普通业务单板相同；考虑到AMC子卡面积有限，很多情况下JTAG设备并不会很多，因此也可以直接将所有JTAG设备经过驱动后全部串成菊花链，不过各种设备在菊花链中的位置按照预先的规则要求进行排列。

　　(4) ATCA标准背板上使用规范规定的Metallic Test总线实现单端的5线制JTAG测试总线。

　　(5) 机框上增加JTAG测试总线的接口，可直接接入外部测试机进行测试，此时可不依赖CMM，用于数据量较大、计算较复杂的测试情况。

　　(6) 在所有被测单板（包括处于备份状态的CMM和所有AMC子卡）的PLD上固定配置单板信息，便于ETC能扫描到单板类型。

图7 外部测试结构图

　　(7) CMM板CPU增加对外控制接口（以太网口、USB或现场总线等），可通过外部测试机下发给CMM板，由CMM板转发测试向量。如图7所示。

　　由于需要规划整个机框的JTAG设备，而JTAG设备的种类又比较繁多，同时需要对不同单板的JTAG桥片地址进行规划，因此需要对JTAG地址进行如下规划：

　　(1) 业务单板和CMM板上的JTAG桥片地址基本可以直接使用ATCA槽位地址，或者经过某种逻辑运算。

　　(2) AMC单板的桥片地址可以使用AMC插座槽位地址的逻辑运算得到。

　　(3) 各个被测单板保证JTAG桥片的LSP0(Local Scan Port，本地扫描端口)连接IPMC或者BMC，包含单板信息的PLD器件连接LSP1链的第一个位置。每个AMC子卡单独使用一条LSP。

　　(4) 如果AMC子卡使用了二级桥片实现JTAG扩展，要求保证二级桥片LSP0连接MMC,包含子卡信息的PLD器件处于LPS1的第一个位置；如果没有使用二级桥片扩展，要求MMC处于JTAG链的第一个位置，包含子卡信息的PLD处于第二个位置。

　　通过这种设计模式，除了能够进行ATCA整框的现场升级维护，还可以进行产品出厂或者现场测试，实现故障定位，能够实现基础互连测试、簇测试、ID测试、功能测试、采样测试、存储器测试、PLD/Flash加载测试等。可以将SJTAG测试升级技术真正用于系统级工程，提高了测试点覆盖率，降低了研发和生产隐患，提高了工作效率，将JTAG技术充分地进行了发挥。

　　总结

　　本文将SJTAG技术应用于ATCA架构中，根据ATCA架构的特点，将JTAG技术充分发挥，克服了普通ATCA测试/升级方法速度慢、风险大，存在测试/升级盲区，AMC子卡升级方式单一，主控板无法升级等缺点，将全框都纳入了可现场测试/升级的范畴。通过对AMC子卡升级方式的灵活改进，完善二级桥片和菊花链的兼容模式，不需要被测单板上任何处理器处于工作状态，甚至可以应用于出场大批量的升级和测试。