原创 JTAG

转自: http://blog.ednchina.com/playlinus/35125/message.aspx

A. JTAG简述

JTAG - Joint Test Active Group 是一种国际标准测试协议(IEEE1149.1兼容) , 主要用于芯片内部测试. 现在多数高级器件都支持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,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了一个TAP(Test Access Port),通过专用的JTAG测试工具对内部节点进行测试. 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等,对FLASH等器件进行编程. JTAG编程方式是在线编程,传统生产方式中对芯片进行预编程先再装到板子上因此而改变,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接口的芯片都有下列引脚定义. 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接口的芯片种类比较多：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．

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内部构成了JTAG回路，所有的BSR(Boundary-Scan-Register)通过JTAG测试激活，平时这些引脚保持正常的IC功能．

以含有JTAG接口的StrongARM  SA1110为例，Flash为intel的28F128J32 16M的容量．SA1110的JTAG的TCK,TMS,TDI,TDO分别接PC并口的2,3,4,11线上，通过程序对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，地址线及控制线与FLASH的地址线，数据线，控制线相连．因SA1110的数据线，地址线及控制线引脚上都有相应的BSC,只要用JTAG指令将数据，地址及控制信号送到其BSC中，就可以通过BSC对应的引脚将信号送给FLASH，实现对FLASH的操作．

通过对TCK,TMS等的设置,可以将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与其连接的相应芯片的引脚,我们就通过这种指令实现在线写FLASH. BYPASS: 此指令将一个移位寄存器轩于移位回路中,即仅有一个移位寄存器处于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.

电路设计和编程中的注意事项. 1.FLASH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. 2.JTAG口和PC并口的连接线要尽量短,原则上不大于15CM. 3.FLASH在擦除和编程时所需的工作电流比较大，在选用系统的供电芯片时必须加以考虑. 4.为提高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.

B. JTAG引脚定义

    1.TCK 为TAP操作提供一个独立、基本的时钟信号，TAP的所有操作都是通过这个时钟信号来驱动的

    2.TMS用来控制TAP状态机的转换，通过TMS信号可以控制TAP在不同的状态间相互转换，TMS信号在TCK信号的上升沿有效

    3.TDI是数据输入的接口，所有输入到特定寄存器的数据都要通过TDI一位一位串行输入的

    4.TDO是数据输出的接口，所有从特定寄存器输出的数据都要通过TDO一位一位串行输出的

    5.TRST可以用来对TAP Controller进行复位，该信号线可选，TMS也可以对其复位

    6.VTREF接口信号电平参考电压一般直接接Vsupply，这个可以用来确定ARM的JTAG接口逻辑电平

    7.RTCK可选项，由目标端反馈给仿真器的时钟信号，用来同步TCK信号的产生，不使用时直接接地

    8.System Reset可选项，与目标板上的系统复位信号相连，可以直接对目标系统复位，同时可以检测目标系统的复位情况，为了防止误触发应在目标端加上适当的上拉电阻

    9.USER IN用户自定义输入，可以接到一个IO口上，用来接受上位机的控制

    10.USER OUT用户自定义输出，可以接到一个IO口上，用来向上位机反馈一个状态

    由于JTAG经常使用排线连接，为了增强抗干扰能力，在每条信号线间加上地线就出现了这种20针的接口。但事实上，RTCK、USER IN、USER OUT一般都不使用，于是还有一种14针的接口，对于实际开发应用来说，由于实验室电源稳定，电磁环境较好，干扰不大，使用那么多地线意义不大。

    JTAG开发工具有：USB multi-ICE , 并口multi-ICE,简易JTAG. 价格由高到低，速度由快而慢，功能由强而弱. JTAG作为一种嵌入式系统调试规范，是有一套协议的，并口multi-ICE就是将计算机对并口的读写转为JTAG协议，拆开看主要是一片FPGA，程序在EEPROM里面。而USB的只不过是多了一层USB协议，由于USB本身速度较并口快，所以USB multi-ICE速度更快些. 简易的JTAG只有一片74HC244，其实是用并口模拟JTAG协议，由于JTAG是串行协议，所以并口的n次操作才能完成一条命令（n>8),速度因此快不起来啦。