嵌入式扫盲--什么是JTAG

1  JTAG(Joint Test Action Group;联合测试行动小组)是一种国际标准测试协议（IEEE 1149.1兼容），主要用于芯片内部测试。如今多数的高级器件都支持JTAG协议，如DSP、FPGA器件等。标准的JTAG接口是4线：TMS、TCK、TDI、TDO，分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。 　　JTAG最初是用来对芯片进行测试的，JTAG的基本原理是在器件内部定义一个TAP（Test Access Port;测试访问口）经过专用的JTAG测试工具对进行内部节点进行测试。JTAG测试容许多个器件经过JTAG接口串联在一块儿，造成一个JTAG链，能实现对各个器件分别测试。如今，JTAG接口还经常使用于实现ISP（In-System Programmable�在线编程），对FLASH等器件进行编程。 　　JTAG编程方式是在线编程，传统生产流程中先对芯片进行预编程现再装到板上所以而改变，简化的流程为先固定器件到电路板上，再用JTAG编程，从而大大加快工程进度。JTAG接口可对PSD芯片内部的全部部件进行编程具备JTAG口的芯片都有以下JTAG引脚定义： TCK——测试时钟输入；TDI——测试数据输入，数据经过TDI输入JTAG口；TDO——测试数据输出，数据经过TDO从JTAG口输出；TMS——测试模式选择，TMS用来设置JTAG口处于某种特定的测试模式。可选引脚TRST——测试复位，输入引脚，低电平有效。含有JTAG口的芯片种类较多，如CPU、DSP、CPLD等。JTAG内部有一个状态机，称为TAP控制器。TAP控制器的状态机经过TCK和TMS进行状态的改变，实现数据和指令的输入。图1为TAP控制器的状态机框图。2 JTAG芯片的边界扫描寄存器JTAG标准定义了一个串行的移位寄存器。寄存器的每个单元分配给IC芯片的相应引脚，每个独立的单元称为BSC（Boundary-Scan Cell）边界扫描单元。这个串联的BSC在IC内部构成JTAG回路，全部的BSR（Boundary-Scan Register）边界扫描寄存器经过JTAG测试激活，平时这些引脚保持正常的IC功能。图2为具备JTAG口的IC内部BSR单元与引脚的关系。3 JTAG在线写Flash的硬件电路设计和与PC的链接方式以含JTAG接口的StrongARM SA1110为例，Flash为Intel 28F128J32 16MB容量。SA1110的JTAG的TCK、TDI、TMS、TDO分别接PC并口的二、三、四、11线上，经过程序将对JTAG口的控制指令和目标代码从PC的并口写入JTAG的BSR中。在设计PCB时，必须将SA1110的数据线和地址线及控制线与Flash的地线线、数据线和控制线相连。因SA1110的数据线、地址线及控制线的引脚上都有其相应BSC，只要用JTAG指令将数据、地址及控制信号送到其BSC中，就可经过BSC对应的引脚将信号送给Flash，实现对Flash的操做。JTAG的系统板设计和连线关系如图3所示。4 经过使用TAP状态机的指令实行对Flash的操做经过TCK、TMS的设置，可将JTAG设置为接收指令或数据状态。JTAG经常使用指令以下：SAMPLE/PRELOAD——用此指令采样BSC内容或将数据写入BSC单元；EXTEST——当执行此指令时，BSC的内容经过引脚送到其链接的相应芯片的引脚，咱们就是经过这种指令实如今线写Flash的；BYPASS——此指令将一个一位寄存器轩于BSC的移位回路中，即仅有一个一位寄存器处于TDI和TDO之间。在PCB电路设计好后，便可用程序先将对JTAG的控制指令，经过TDI送入JTAG控制器的指令寄存器中。再经过TDI将要写Flash的地址、数据及控制线信号入BSR中，并将数据锁存到BSC中，用EXTEST指令经过BSC将写入Flash。5 软件编程在线写Flash的程序用Turbo C编写。程序使用PC的并行口，将程序经过含有JTAG的芯片写入Flash芯片。程序先对PC的并口初始化，对JTAG口复位和测试，并读Flash，判断是否加锁。如加锁，必须先解锁，方可进行操做。写Flash以前，必须对其先擦除。将JTAG芯片设置在EXTEST模式，经过PC的并口，将目标文件经过JTAG写入Flash，并在烧写完成后进行校验。程序主流程如图4所示。经过JTAG的读芯片ID子程序以下：void id_command(void){putp(1,0,IP); //Run-Test/Idle;使JTAG复位putp(1,0,IP); //Run-Test/Idleputp(1,0,IP); //Run-Test/Idleputp(1,0,IP); //Run-Test/Idleputp(1,1,IP);putp(1,1,IP); //选择指令寄存器putp(1,0,IP); //捕获指令寄存器putp(1,0,IP); /移位指令寄存器putp(0,0,IP); //SA1110JTAG口指令长度5位，IDCODE为01100putp(1,0,IP);putp(1,0,IP);putp(0,0,IP);putp(0,0,IP);putp(0,1,IP); //退出指令寄存器putp(1,1,IP); //更新指令寄存器，执行指令寄存器中的指令putp(1,0,IP)； //Run-Test/Idleputp(1,0,IP); //Run-Test/Idleputp(1,0,IP); //Run-Test/Idleputp(1,1,IP);putp(1,0,IP);if(check_id(SA1110ID))error_out("failed to read device ID for the SA-1110");putp(1,1,IP); //退出数据寄存器putp(1,1,IP); //更新数据寄存器putp(1,0,IP); //Run-Test/Idle,使JTAG复位putp(1,0,IP); //Run-Test/Idleputp(1,0,IP); //Run-Test/Idle}6 电路设计和编程中的注意事项①Flash芯片的WE、CE、OE等控制线必须与SA1110的BSR相连。只有这样，才能经过BSR控制Flash的相应引脚。②JTAG口与PC并口的链接线要尽可能短，原则上不大于15cm。③Flash在擦写和编程时所需的工做电流较大，在选用系统的供电芯片时，必须加以考虑。④为提升对Flash的编程速度，尽可能使TCK不低于6MHz，可编写烧写Flash程序时实现