原创 JTAG接口简介

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。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 Ce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。程序主流程如图4所示。

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。

JTAG的接口是一种特殊的4/5个接脚接口连到芯片上 ，所以在电路版上的很多芯片可以将他们的JTAG接脚通过Daisy Chain的方式连在一起，并且Probe只需连接到一个“JTAG端口”就可以访问一块电路板上的所有IC。这些连接引脚是：

1. TDI（测试数据输入）
2. TDO（测试数据输出）
3. TCK（测试时钟）
4. TMS（测试模式选择）
5. TRST（测试复位）可选。

因为只有一条数据线，通信协议有必要像其他串行设备接口，如SPI一样为串行传输。时钟由TCK引脚输入。配置是通过TMS引脚采用状态机的 形式一次操作一位来实现的。每一位数据在每个TCK时钟脉冲下分别由TDI和TDO引脚传入或传出。可以通过加载不同的命令模式来读取芯片的标识，对输入 引脚采样，驱动（或悬空）输出引脚，操控芯片功能，或者旁路（将TDI与TDO连通以在逻辑上短接多个芯片的链路）。TCK的工作频率依芯片的不同而不 同，但其通常工作在10-100MHz（每位10-100ns）。

当在集成电路中进行边界扫描时，被处理的信号是在同一块IC的不同功能模块间的，而不是不同IC之间的。

TRST引脚是一个可选的相对待测逻辑低电平有效的复位开关——通常是异步的，但有时也是同步的，依芯片而定。如果该引脚没有定义，则待测逻辑可由同步时钟输入复位指令而复位。

尽管如此，极少消费类产品提供外部的JTAG端口接口，但作为开发样品的残留，这些接口在印刷电路板上十分常见。在研发后，这些接口常常为反向工程提供了非常良好的途径。