《电子技术应用》
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高安全性测试数据分层的芯片测试方案设计
电子技术应用
杨金烨,刘云晶,刘梦影
中科芯集成电路有限公司
摘要: 随着嵌入式芯片集成度与复杂度的持续提升,传统测试方法在安全性、灵活性及测试效率方面的瓶颈日益凸显。因此以通用微控制器(MCU)为研究对象,深入剖析芯片测试模式的核心技术,提出一套集高安全性测试模式准入、测试数据分层分配于一体的芯片测试方案。该方案通过63位密钥认证机制实现测试模式安全接入,同时构建IO直接控制、寄存器控制与Flash系统配置值控制的分层架构,保障测试数据的灵活分配,可全面覆盖芯片多模块的测试需求,为高安全场景下的芯片测试提供可靠支撑。
中图分类号:TN402 文献标志码:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.257199
中文引用格式: 杨金烨,刘云晶,刘梦影. 高安全性测试数据分层的芯片测试方案设计[J]. 电子技术应用,2026,52(7):49-52.
英文引用格式: Yang Jinye,Liu Yunjing,Liu Mengying. Design of a chip testing scheme with high security and hierarchical test data[J]. Application of Electronic Technique,2026,52(7):49-52.
Design of a chip testing scheme with high security and hierarchical test data
Yang Jinye,Liu Yunjing,Liu Mengying
China Key System & Integrated Circuit Co., Ltd.
Abstract: With the continuous improvement in the integration level and complexity of embedded chips, the bottlenecks of traditional testing methods in terms of security, flexibility, and testing efficiency have become increasingly prominent. Therefore, this paper takes a general-purpose Microcontroller Unit (MCU) as the research object, conducts an in-depth analysis of the core technologies of chip testing modes, and proposes a chip testing scheme that integrates high-security test mode access and hierarchical test data allocation. This scheme achieves secure access to the test mode through a 63-bit key authentication mechanism. Meanwhile, it constructs a hierarchical architecture consisting of IO direct control, register control, and Flash system configuration value control to ensure the flexible allocation of test data. The scheme can fully cover the testing requirements of multiple modules of the chip and provide reliable support for chip testing in high-security scenarios.
Key words : embedded chip testing;test mode;JTAG;key authentication;hierarchical test data

引言

在数字化技术深度渗透下,嵌入式芯片已成为工业控制的神经中枢、汽车电子的决策核心与消费电子的功能基石,其功能完整性与性能稳定性直接决定终端设备可靠性。随着芯片制程突破7 nm并向更先进节点演进,单芯片集成模块呈爆发式增长。以H743芯片为例,其集成PLL、DAC、ADC、USB接口等二十余种模块,复杂程度较传统芯片提升数倍。但传统无认证测试模式,在应对这一变革时暴露出安全性与灵活性两大瓶颈,严重制约先进芯片量产验证效率与应用安全。

在安全性层面,传统测试模式缺乏有效的密钥认证机制,极易产生信息安全漏洞。一旦遭遇非法访问,芯片内部的固件程序、核心算法等敏感数据可能面临泄露风险,这不仅会造成核心技术失密,还可能引发终端设备被恶意操控的安全事故。尽管已有相关优化探索,例如张键等人[1]提出的测试模式密钥触发机制,可以保证一定安全性,但短密钥难以抵御现代暴力破解技术;另外IEEE 1149.1标准[2]虽明确了测试访问端口(TAP)的规范,却未将密钥认证纳入其中,其安全性依赖外部硬件加密,在复杂的工业或汽车电子场景中,易因外部加密模块失效导致整个防护体系崩塌。

在灵活性层面,传统测试方案对测试数据的控制方式存在明显局限,仅依靠I/O端口直传信号或单一测试寄存器配置,难以适配不同模块的差异化测试需求。王敦等人[3]提出的由I/O直接进行测试控制的方案,虽可以较为方便地由测试机台给出控制信号,但遇到需要多参数协同配置的复杂模块如PLL,会占用大量I/O端口,造成资源不足。范学仕等人[4]进一步提出结合测试寄存器的控制方案,虽在一定程度上提升了灵活性,但存在明显局限:测试寄存器与测试码共用一组硬件资源,若芯片包含较多测试模块,设计时需优先分配资源给测试模式使能,易导致其他模块的测试资源不足。另外,这一方案只可以在进入目标测试模式前配置好测试值,一旦进入测试模式且复位释放后,就保持不变,需要重新复位后才能修改,灵活性不足。

现有研究尚未形成“安全准入-灵活分配”的一体化方案,难以满足复杂嵌入式芯片多模块、高安全、高适配的测试需求[5]。因此,设计兼顾安全性与灵活性的测试方案,已成为通用MCU项目突破量产验证瓶颈、保障终端应用安全的关键方向,对推动工业控制、汽车电子等领域芯片的高质量发展具有重要意义。


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作者信息:

杨金烨,刘云晶,刘梦影

(中科芯集成电路有限公司,江苏 无锡 214072)

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