SJTAG技術在ATCA體系的應用

隨著通信市場對無線與有線服務的需求持續成長，電信產業認識到需要跳脫專利型或部分開放型架構的桎梏，以便獲得更多的選擇空間。因此PICMG（PCI Industrial Computer Manufacturers Group，PCI工業計算機制造組織）提出了AdvancedTCA的開放式硬件平臺的相關規范，稱為PICMG 3.X規范，針對新一代網絡元素提供充裕的擴充性與空間，支持多種交換協議與接口，提供一套機箱層級的管理機制，采納業界標準的智能型平臺管理接口(Intelligent Platform Management Interface)，能運用智能型平臺管理總線建置成放射狀或總線拓撲。

圖1 ATCA基本管理結構圖

在ATCA架構的系統中，每個機框配備兩塊CMM（Chassis Management Module，機框管理模塊），互為主備，如圖1所示，每個CMM可單獨管理機框內的所有單板，同時每個單板中都需要實現IPMC（Intelligent Platform Management Controller，智能平臺管理控制器）的功能，IPMC主要完成ATCA單板或其他機框組件上各種關鍵硬件資源的監視、控制及管理，包括單板或模塊的有效凈荷部分狀態檢測、單板溫度及電壓檢測、熱插拔管理、FRU信息獲取、告警管理、電源管理、復位狀態、傳感器及事件管理、日志管理、E-Keying（電子開關）管理等，同時要完成對AMC（Advanced Mezzanine Card，高級夾層子卡）子卡硬件地址、溫度、電壓、復位、熱插拔和告警指示燈等的管理及事件記錄，通過雙冗余的IPMB（Intelligent Platform Management Bus，智能平臺管理總線）總線與CMM通信，把各種事件及信息上報給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規范，子卡在MMC（Module Management Controller，模塊管理控制器）的管理下具有熱插拔、告警指示、電壓/溫度監控、有效凈荷狀態監控、上/下電控制、地址識別、FRU信息讀取等功能，MMC與IPMC之間通過IPMB-L總線相連進行通信。

圖2 JTAG獨立型連接圖

隨著ATCA架構在電信行業逐漸推廣和大規模使用，單板的邏輯及軟件版本的更新必然更加頻繁，同時大規模集成電路越來越多的內嵌了支持IEEE1149.1協議的JTAG技術以便支持其測試及維護，借助于JTAG技術，越來越多的芯片能夠支持ISP(In System Programe，在系統可編程)及ICT(In Circuit Test，電路在線測試)等技術，這種編程及維護方式正逐漸成為設計的主流。

圖3 JTAG菊花鏈連接圖

目前的JTAG技術都是基于IEEE1149.1標準，其在單板中的應用基本上基于圖2及圖3的方式。圖2的使用情況較多，簡單易行，但是增加板上插座數量，增加了成本和布局面積，現場維護也不方便；圖3的連接方式其實就是JTAG菊花鏈的改進型，可以減少插座使用數量，但菊花鏈的延長使得該鏈的TCK最大頻率受制于該鏈中最低TCK頻率的器件，同時導致整條鏈上BSC(Boundary Scan Cell，邊界掃描單元)的增加，嚴重降低JTAG掃描的速度。對于不同電平的JTAG還額外需要增加電平轉換器件。

SJTAG技術概述

SJTAG（System JTAG）技術基于已廢棄的IEEE 1149.5協議的基礎，SJTAG Group發展成系統級邊界掃描標準，專注于系統層面的Test &Configuration，SJTAG能提供以背板互聯為依托的一種多板甚至多框測試配置方案。

SJTAG技術應用的不利因素
在一個獨立的機框中各單板中JTAG設備的邊界掃描以及更新可以由單板獨立完成，或由其他控制板通過某種類型總線傳送到該單板進行，從而可實現自更新/自測試或者遠程更新/遠程測試，如圖4所示。圖中管理板與單板之間的通信總線可以有多種選擇，但是根據ATCA的規范，管理板與節點板之間只有IPMB總線，而IPMB即為IIC總線，IIC總線的全速只有400Kb/s，在進行大量測試以及更新數據傳送時這種速錄一定會成為瓶頸。此為JTAG技術在ATCA中應用的一個不利因素。
此外，這種通信方式要求位于節點板上的本地控制器（部分地方也稱為BMC或者IPMC）處于工作狀態，如果本地控制器沒有工作，例如在工廠生產測試情況下或者本地控制器由于某種原因處于故障狀態，也無法進行JTAG測試流程。此為JTAG技術在ATCA中應用的第二個不利因素。

圖4 依賴本地控制器的JTAG測試結構圖

另外，基于PICMG R3.0標準衍生發展的PICMG AMC.0 Rx標準，使得AMC子卡的應用逐漸增多，AMC子卡的設計也越來越復雜多樣，使用的JTAG設備也越來越多，而AMC標準僅提供一套JTAG接口，如果僅僅將AMC上所有JTAG如圖3所示串成一條菊花鏈，隨著器件的增加，菊花鏈中的BSC必然越來越多從而影響測試速度。這是JTAG技術在ATCA中應用的第三個不利因素。
SJTAG技術應用方案
為實現在ATCA系統架構中，克服以上不利因素，應用SJTAG技術，實現各單板的所有JTAG設備包括AMC子卡及本地控制器的更新（包括PLD/FPGA/CPU/FLASH）或者測試（包括在位測試/簡單管腳互連測試等/內建自測/管腳狀態測試等測試項目），同時支持遠程更新及測試流程下發。現采用如下的技術方案。如圖5所示。

圖5 ATCA的SJTAG測試結構圖
（1）ATCA所有業務單板中增加專用JTAG ASIC橋片，橋片地址可直接使用機框槽位地址，分出多條JTAG子鏈，分別連接業務單板上的PLD/FPGA/CPU/AMC等所有包含JTAG的設備，并按照規則分類。
（2) CMM單板中增加ETC（Embedded Test Controller，嵌入式測試控制器）以及JTAG橋片，通過一個主備邏輯來選擇當前CMM處于機框測試主控板還是被測單板，從而實現主備互相升級。當作為被測單板時，其JTAG橋片的設計與普通業務單板相同。如圖6所示。

圖6 CMM主備互相升級結構圖

（3）AMC子卡如果JTAG設備較多，也可增加JTAG橋片，連接方式同普通業務單板相同；考慮到AMC子卡面積有限，很多情況下JTAG設備并不會很多，因此也可以直接將所有JTAG設備經過驅動后全部串成菊花鏈，不過各種設備在菊花鏈中的位置按照預先的規則要求進行排列。
(4) ATCA標準背板上使用規范規定的Metallic Test總線實現單端的5線制JTAG測試總線。
(5) 機框上增加JTAG測試總線的接口，可直接接入外部測試機進行測試，此時可不依賴CMM，用于數據量較大、計算較復雜的測試情況。
(6) 在所有被測單板（包括處于備份狀態的CMM和所有AMC子卡）的PLD上固定配置單板信息，便于ETC能掃描到單板類型。

圖7 外部測試結構圖
(7) CMM板CPU增加對外控制接口（以太網口、USB或現場總線等），可通過外部測試機下發給CMM板，由CMM板轉發測試向量。如圖7所示。
由于需要規劃整個機框的JTAG設備，而JTAG設備的種類又比較繁多，同時需要對不同單板的JTAG橋片地址進行規劃，因此需要對JTAG地址進行如下規劃：
(1) 業務單板和CMM板上的JTAG橋片地址基本可以直接使用ATCA槽位地址，或者經過某種邏輯運算。
(2) AMC單板的橋片地址可以使用AMC插座槽位地址的邏輯運算得到。
(3) 各個被測單板保證JTAG橋片的LSP0(Local Scan Port，本地掃描端口)連接IPMC或者BMC，包含單板信息的PLD器件連接LSP1鏈的第一個位置。每個AMC子卡單獨使用一條LSP。
(4) 如果AMC子卡使用了二級橋片實現JTAG擴展，要求保證二級橋片LSP0連接MMC,包含子卡信息的PLD器件處于LPS1的第一個位置；如果沒有使用二級橋片擴展，要求MMC處于JTAG鏈的第一個位置，包含子卡信息的PLD處于第二個位置。
通過這種設計模式，除了能夠進行ATCA整框的現場升級維護，還可以進行產品出廠或者現場測試，實現故障定位，能夠實現基礎互連測試、簇測試、ID測試、功能測試、采樣測試、存儲器測試、PLD/Flash加載測試等。可以將SJTAG測試升級技術真正用于系統級工程，提高了測試點覆蓋率，降低了研發和生產隱患，提高了工作效率，將JTAG技術充分地進行了發揮。

總結
本文將SJTAG技術應用于ATCA架構中，根據ATCA架構的特點，將JTAG技術充分發揮，克服了普通ATCA測試/升級方法速度慢、風險大，存在測試/升級盲區，AMC子卡升級方式單一，主控板無法升級等缺點，將全框都納入了可現場測試/升級的范疇。通過對AMC子卡升級方式的靈活改進，完善二級橋片和菊花鏈的兼容模式，不需要被測單板上任何處理器處于工作狀態，甚至可以應用于出場大批量的升級和測試。