图一

图1 中“TAP Controller”其实质上是一个状态机，它根据不同的操作指令能产生16 个不同的状态，具体状态逻辑参考图2。从一个状态切换成另一个状态总是发生在TCK 的上升沿，由TMS从两个状态选择其中一个状态。在测试向量寄存器中，既有指令寄存器（IR),又有数据寄存器（DR)，为了区分是指令还是数据，扫描链路中的状态图有两个独立的完全类似的结构（Scan DR / Scan IR)。

图二

测试操作的最重要步骤是移入和同步移出测试数据（DR SHIFT)，新的数据进入移位链，测试数据传送到测试单元（DR-update）的输出锁存器中，对于指令寄存器（IR-shift，IR-capture，IR-update）同样如此。除了边界扫描寄存器（Boundary Scan Register)，IEEE 1149.1标准还定义了在数据寄存器附近至少存在一个旁路寄存器，用来将TDI 到TDO 的可以直连接。数据寄存器根据指令寄存器的指令寻址，然后在TDI 和TDO 的引脚之间，各个数据寄存器结合成移位路径。正如图2 所示，从一个状态转换成另一个状态由信号TMS 的逻辑电平决定。“TAP ”是一个时钟系统，它的时钟是由信号TCK 提供。信号TMS 和信号TCK共同作用，使得数据一位一位从TDI 移入，最后由TDO 移出。

各种边界扫描单元是否有效取决于是否实行测试或者得到激励。

图三

图3 就是一个最普通的边界扫描单元的结构图。第一个锁存器锁存数据由移位寄存器（SHIFT DR)决定从前一个扫描单元移出的数据（SCAN IN)或者是扫描输入的数据(DATA IN)，并且由CLOCK DR控制锁存输出。在第一个锁存器移出数据稳定后，第二个锁存器由UPDATE DR 控制锁存输出第一个锁存器移出的数据。MODE 信号的电平决定是测试模式还是工作模式。边界扫描单元既有输入又有输出。一般来说，在每一个物理引脚不论输入还是输出，都有一个独立的边界扫描单元，但区别是输入在每一个物理引脚的后面，而对于所有的输出是在每一个物理引脚的前面。

MODE, SHIFT DR, UPDATE DR 以及CLOCK DR 这些全局信号线与所有扫描单元都相连接，而且同一个时间状态都一样。这样，TAP 状态在CAPTURE DR 时，所有的扫描单元都能在CLOCK DR 的上升沿取样输入数据。测试数据的输出也相类似，它是在TAP 状态在UPDATE DR 的下降沿时将扫描输入端锁存并输出。所有的扫描单元都能完成以上功能。所有的扫描单元运行在工作模式还是在测试模式，由MODE 信号控制选择其一，同时运行在两个模式是不可能的。而MODE 信号是由扫描指令控制的。

九大指令

Extest指令--强制指令

用于芯片外部测试，如互连测试

测试模式下的输出管脚，由BSC update锁存驱动(BSC注释：寄存器的每一个单元分配给IC芯片的相应引脚，每一个独立的单元称为BSC（Boundary-Scan Cell）边界扫描单元。)

BSC scan锁存捕获的输入数据

移位操作，可以从TDI输入测试激励，并从TDO观察测试响应。

在移位操作后，新的测试激励存储到BSC的update锁存

原先EXTEST指令时强制为全“0”的，在IEEE 1149.1--2001中，这条强制取消了。选择EXTEST指令时，IC工作在边界扫描外部测试模式（external boundary-test mode），也就是说对IC的操作影响芯片的正常工作。选择边界扫描寄存器连通TDI和TDO。在这种指令下，可以通过边界扫描输出单元来驱动测试信号至其他边界扫描芯片，以及通过边界扫描输入单元来从其他边界扫描芯片接收测试信号。EXTEST指令是IEEE 1149.1标准的核心所在，在边界扫描测试中的互连测试（interconnect test）就是基于这个指令的。 （该指令初始化外部电路测试，主要用于板级互连以及片外电路测试。EXTEST指令在Shift-DR状态时将扫描寄存器BSR寄存器连接到TDI与TDO之间。在Capture-DR状态时，EXTEST指令将输入管脚的状态在TCK的上升沿装入BSR中。EXTEST指令从不使用移入BSR中的输入锁存器中的数据，而是直接从管脚上捕获数据。在Update-DR状态时，EXTEST指令将锁存在并行输出寄存器单元中的数据在TCK的下降沿驱动到对应的输出管脚上去。）

Sample/Preload指令--强制指令

在进入测试模式前对BSC进行预装载

输入输出管脚可正常操作

输入管脚数据和内核输出数据装载到BSC的scan锁存中。

移位操作，可以从TDI输入测试激励，并从TDO观察测试响应。

在移位操作后，新的测试激励存储到BSC的update锁存。

原先这两个指令是合在一起的，在IEEE 1149.1--2001中这两个指令分开了，分成一个SAMPLE指令，一个PRELOAD指令。选择SAMPLE/PRELOAD指令时，IC工作在正常工作模式，也就是说对IC的操作不影响IC的正常工作。选择边界扫描寄存器连通TDI和TDO。 SAMPLE指令---通过数据扫描操作（Data Scan）来访问边界扫描寄存器，以及对进入和离开IC的数据进行采样。PRELOAD指令---在进入EXTEST指令之前对边界扫描寄存器进行数据加载。

（在Capture-DR状态下，SAMPLE/PRELOAD指令提供一个从管脚到片上系统逻辑的数据流快照，快照在TCK上升沿提取。在Update-DR状态时，SAMPLE/PRELOAD指令将BSR寄存器单元中的数据锁存到并行输出寄存器单元中，然后由EXTEST指令将锁存在并行输出寄存器单元中的数据在TCK的下降沿驱动到对应的输出管脚上去。）

Bypass指令--强制指令

提供穿透芯片的最短通路。

输入输出管脚可正常操作

选择一位的旁路（Bypass）寄存器

强制全为1和未定义的指令为Bypass指令 BYPASS指令为全“1”。选择BYPASS指令时，IC工作在正常工作模式，选择一位的BYPASS寄存器连通TDI和TDO，数据的通过不影响IC的正常工作。

（BYPASS指令通过在TDI和TDO之间放置一个1位的旁通寄存器，这样移位操作时只经过1位的旁通寄存器而不是很多位（与管脚数量相当）的边界扫描寄存器BSR，从而使得对连接在同一JTAG链上主CPU之外的其他芯片进行测试时提高效率。）

INTEST指令 ---可选指令

选择INTEST指令时，IC工作在边界扫描内部测试模式（internal boundary-test mode），选择边界扫描寄存器连通TDI和TDO。在这种指令下，可以通过边界扫描输出单元来驱动测试信号至其内部逻辑，以及通过边界扫描输入单元来从 其内部逻辑接受测试信号。

RUNBIST指令 ---可选指令

选择RUNBIST指令时，IC工作在自测试模式（self-test mode），对IC的内部逻辑进行全面的自测试，通过选择用户自定义的数据寄存器连通TDI和TDO。在这种指令下，边界扫描单元的输出被内部逻辑控制了，所以外部信号不能干扰其相邻IC

IDCODE指令 ---可选指令

选择IDCODE指令时，IC工作在正常工作模式，选择数据识别寄存器（data identification register）连通TDI和TDO。数据识别寄存器是一个32位的寄存器，内容包括IC的生产厂商，芯片类型，版本等。访问数据识别寄存器不会影响 IC的正常工作。由于IDCODE指令是可选的，不是每个芯片都有的，所以当对一个边界扫描链(scan chain)执行IDCODE指令来输出所有IDCODE时，有IDCODE指令的芯片就选择IDCODE寄存器，输出输出IDCODE，没有 IDCODE指令的芯片会自动选择BYPASS寄存器，输出一个“0”。 （读取

USERCODE指令 ---可选指令

选择USERCODE指令时，IC工作在正常工作模式，选择用户自定义数据寄存器（user defined test data register）连通TDI和TDO。USERCODE指令一般是在进行芯片内部测试时用的

CLAMP指令 ---可选指令

CLAMP指令使IC的输出置于由边界扫描寄存器的当前内容决定的逻辑电平上，选择BYPASS寄存器连通 TDI和TDO。在加载这个指令之前，边界扫描寄存器的内容可以由SAMPLE/PRELOAD指令来预置。在CLAMP指令下，数据通过BYPASS寄 存器从TDI传递至TDO，不会影响此IC的输出。

HIGHZ指令 ---可选指令

HIGHZ指令使IC的所有输出置于高阻状态，选择BYPASS寄存器连通TDI和TDO。在HIGHZ指令下，数据通过BYPASS寄存器从TDI传递至TDO，不会影响此IC的输出。