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JTAG接口

JTAG接口

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。现在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)通过专用的JTAG测试工具对进行内部节点进行测试。JTAG测试允许多个器件通过JTAG接口串联在一起,形成一个JTAG链,能实现对各个器件分别测试。现在,JTAG接口还常用于实现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因此而改变,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芯片内部的所有部件进行编程

具有JTAG口的芯片都有如下JTAG引脚定义:

TCK——测试时钟输入;

TDI——测试数据输入,数据通过TDI输入JTAG口;

TDO——测试数据输出,数据通过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控制器的状态机通过TCK和TMS进行状态的改变,实现数据和指令的输入。

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。这个串联的BSC在IC内部构成JTAG回路,所有的BSR(Boundary-Scan Register)边界扫描寄存器通过JTAG测试激活,平时这些引脚保持正常的IC功能。图2为具有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的连接方式

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2、3、4、11线上,通过程序将对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,就可通过BSC对应的引脚将信号送给Flash,实现对Flash的操作。JTAG的系统板设计和连线关系如图3所示。

4 通过使用TAP状态机的指令实行对Flash的操作

通过TCK、TMS的设置,可将JTAG设置为接收指令或数据状态。JTAG常用指令如下:

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的内容通过引脚送到其连接的相应芯片的引脚,我们就是通过这种指令实现在线写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,即可用程序先将对JTAG的控制指令,通过TDI送入JTAG控制器的指令寄存器中。再通过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指令通过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,将程序通过含有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,方可进行操作。写Flash之前,必须对其先擦除。将JTAG芯片设置在EXTEST模式,通过PC的并口,将目标文件通过JTAG写入Flash,并在烧写完成后进行校验。 

通过JTAG的读芯片ID子程序如下:

void id_command(void){

putp(1,0,IP); //Run-Test/Idle;使JTAG复位

putp(1,0,IP); //Run-Test/Idle

putp(1,0,IP); //Run-Test/Idle

putp(1,0,IP); //Run-Test/Idle

putp(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01100

putp(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/Idle

putp(1,0,IP); //Run-Test/Idle

putp(1,0,IP); //Run-Test/Idle

putp(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/Idle

putp(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,才能通过BSR控制Flash的相应引脚。

②JTAG口与PC并口的连接线要尽量短,原则上不大于15cm。

③Flash在擦写和编程时所需的工作电流较大,在选用系统的供电芯片时,必须加以考虑。

④为提高对Flash的编程速度,尽量使TCK不低于6MHz,可编写烧写Flash程序时实现。

基本信息

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。现在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,基本原理是在器件内部定义一个TAP(Test Access Port测试访问口)通过专用的JTAG测试工具对进行内部节点进行测试。JTAG测试允许多个器件通过JTAG接口串联在一起,形成一个JTAG链,能实现对各个器件分别测试。现在,JTAG接口还常用于实现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因此而改变,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芯片内部的所有部件进行编程

JTAG的一些说明

通常所说的JTAG大致分两类,一类用于测试芯片的电气特性,检测芯片是否有问题;一类用于Debug;一般支持JTAG的CPU内都包含了这两个模块。

一个含有JTAG Debug接口模块的CPU,只要时钟正常,就可以通过JTAG接口访问CPU的内部寄存器和挂在CPU总线上的设备,如FLASH,RAM,SOC(比如4510B,44Box,AT91M系列)内置模块的寄存器,象UART,Timers,GPIO等等的寄存器。

上面说的只是JTAG接口所具备的能力,要使用这些功能,还需要软件的配合,具体实现的功能则由具体的软件决定。

例如下载程序到RAM功能。了解SOC的都知道,要使用外接的RAM,需要参照SOC DataSheet的寄存器说明,设置RAM的基地址,总线宽度,访问速度等等。有的SOC则还需要Remap,才能正常工作。运行Firmware时,这些设置由Firmware的初始化程序完成。但如果使用JTAG接口,相关的寄存器可能还处在上电值,甚至时错误值,RAM不能正常工作,所以下载必然要失败。要正常使用,先要想办法设置RAM。在ADW中,可以在Console窗口通过Let 命令设置,在AXD中可以在Console窗口通过Set命令设置。

JTAG接口定义

JTAG(Joint Test Action Group ,联合测试行动小组 ) 是一种国际标准测试协议,主要用于芯片内部测试及对系统进行仿真、调试, JTAG 技术是一种嵌入式调试技术,它在芯片内部封装了专门的测试电路 TAP ( Test Access Port ,测试访问口),通过专用的 JTAG 测试工具对内部节点进行测试。

目前大多数比较复杂的器件都支持 JTAG 协议,如 ARM 、 DSP 、 FPGA 器件等。标准的 JTAG 接口是 4 线: TMS 、 TCK 、 TDI 、 TDO ,分别为测试模式选择、测试时钟、测试数据输入和测试数据输出。 目前 JTAG 接口的连接有两种标准,即 14 针接口和 20 针接口,其定义分别如下所示。

14针JTAG接口定义引脚名称描述

1 、 13 VCC 接电源

2 、 4 、 6 、 8 、 10 、 14 GND 接地

3 nTRST 测试系统复位信号

5 TDI 测试数据串行输入

7 TMS 测试模式选择

9 TCK 测试时钟

11 TDO 测试数据串行输出

12 NC 未连接

20针JTAG接口定义引脚名称描述

1 VTref 目标板参考电压,接电源

2 VCC 接电源

3 nTRST 测试系统复位信号

4、6、8、10、12、14、16、18、20 GND 接地

5 TDI 测试数据串行输入

7 TMS 测试模式选择

9 TCK 测试时钟

11 RTCK 测试时钟返回信号

13 TDO 测试数据串行输出

15 nRESET 目标系统复位信号

17 、 19 NC 未连接

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