MAXQ微控制器中JTAG接口引腳的復(fù)用

　　簡介

　　通常在嵌入式應(yīng)用中，微控制器的每個端口引腳對于實際應(yīng)用來說都是必需的，沒有多余的引腳。然而，開發(fā)人員可采用其他方法來解決這個問題。大部分MAXQ微控制器可重寫內(nèi)部程序存儲器(如閃存或EEPROM)，支持標準JTAG/TAP接口(也稱為調(diào)試端口)。外部主機可利用該接口執(zhí)行在線調(diào)試或在線編程(引導(dǎo)裝載)功能。該接口中的所有引腳通?？蓮?fù)用為標準GPIO端口引腳功能，從而使這些引腳在開發(fā)階段結(jié)束之后仍然可以被使用。本應(yīng)用筆記闡述了在常規(guī)應(yīng)用中如何復(fù)用這些引腳。同時，本應(yīng)用筆記還指出了在復(fù)用這些引腳時需要考慮的事項。

　　應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)階段

　　在開發(fā)階段，JTAG兼容調(diào)試端口可提供許多有用功能。首先，調(diào)試端口允許應(yīng)用系統(tǒng)在外部主機控制下對其加載(使用開發(fā)環(huán)境如MAX-IDE、Rowley CrossWorks或IAR Embedded Workbeach?)?？梢愿鶕?jù)以后的測試需求對應(yīng)用系統(tǒng)進行測試、修改和快速加載。其次，調(diào)試端口允許執(zhí)行MAXQ架構(gòu)的在線調(diào)試功能，這些調(diào)試功能包括寄存器的讀寫操作、指令的單步調(diào)試，并可查看程序、數(shù)據(jù)、堆棧存儲器。引導(dǎo)裝載和在線調(diào)試功能會對應(yīng)用系統(tǒng)所能使用的存儲器資源產(chǎn)生一些微小的影響。因為在線調(diào)試功能完全由MAXQ硬件和公用程序ROM實現(xiàn)。

　　在完成了應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)測試后，不再需要使用在線調(diào)試功能。此外，在大批量生產(chǎn)中，可重新編程的MAXQ器件將被掩模ROM器件替代，不再需要在線編程功能。這就意味著應(yīng)用系統(tǒng)不再使用調(diào)試端口，此時調(diào)試端口可廢棄不用也可有效地對其再利用。當MAXQ器件的GPIO端口引腳數(shù)不夠使用時，若把專門用于JTAG調(diào)試的端口引腳重新利用起來，并且讓常規(guī)應(yīng)用系統(tǒng)使用這些引腳，將會起到意想不到的作用。

　　調(diào)試端口引腳的重復(fù)使用

　　實現(xiàn)JTAG兼容調(diào)試端口的連接用到下面4個引腳：

　　TCK：測試時鐘—MAXQ輸入

　　TMS：測試模式選擇—MAXQ輸入

　　TDO：測試數(shù)據(jù)輸出—MAXQ輸出

　　TDI：測試數(shù)據(jù)輸入—MAXQ輸入

　　這4個引腳可以典型地復(fù)用為4個GPIO端口；具體復(fù)用引腳隨MAXQ器件的不同而不同。在復(fù)位或上電復(fù)位(POR)狀態(tài)后，調(diào)試端口默認為使能狀態(tài)，常規(guī)應(yīng)用系統(tǒng)不能使用這些端口引腳。為了屏蔽調(diào)試端口功能使端口引腳能夠用于常規(guī)目的，必須把系統(tǒng)控制寄存器的TAP位(SC.7)清零。然后按正常方式通過PD、PO和PI寄存器控制這些端口引腳。

　　硬件設(shè)計注意事項

　　若在系統(tǒng)開發(fā)階段和批量生產(chǎn)階段使用同一套硬件，不論調(diào)試接口的端口作為GPIO還是JTAG/TAP使用，都必須使硬件能夠正常運行。例如：當這些引腳用于JTAG/TAP時，任何與這些引腳相連的外部器件都必須釋放這些引腳，使其處于三態(tài)模式，以保證主機與MAXQ這些引腳之間的正確驅(qū)動。此外，在線調(diào)試或引導(dǎo)加載過程中，連接到這些引腳的器件不能受主機和MAXQ在這些引腳上的任何驅(qū)動信號的影響。這一點特別需要注意，因為對這些信號的響應(yīng)有可能造成器件損壞。

　　舉一個例子，假設(shè)端口中的一個引腳既被用于接收TCK信號(當被用于JTAG/TAP模式時)又被用于控制繼電器(在GPIO模式時)。當用JTAG接口調(diào)試器件時，由于TCK信號的快速翻轉(zhuǎn)將導(dǎo)致繼電器的接通和斷開，可能導(dǎo)致連接到繼電器的外部設(shè)備損壞。為了防止這種情況發(fā)生，在器件將要引導(dǎo)加載或進行在線調(diào)試時，所有通過JTAG/TAP接口與這些引腳相連的外部器件都必須被禁用。

　　軟件設(shè)計注意事項

　　禁用JTAG接口的操作非常簡單，任何時候只要把TAP (SC.7)位清零，系統(tǒng)將立即使用這些端口引腳。為了把應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)置在適當模式，系統(tǒng)開發(fā)人員傾向于在應(yīng)用程序代碼的開始就把TAP位清零。然而，這么早就把TAP位清零會引起應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)中出現(xiàn)一些問題。

　　如果應(yīng)用系統(tǒng)中采用掩模ROM MAXQ器件(這種器件不能被重新編程)，那么在應(yīng)用程序的起始位置對TAP清零就不合理。這種情況下，由于程序代碼已經(jīng)燒入器件且不能更改，將無法使用引導(dǎo)加載和在線調(diào)試功能。

　　然而，對采用可重新編程的MAXQ器件的應(yīng)用系統(tǒng)來說，其應(yīng)用軟件應(yīng)該總是在TAP位清零和禁用JTAG接口之前提供幾秒鐘的延時。如果緊隨復(fù)位操作之后馬上對TAP位清零，在試圖重新加載或調(diào)試應(yīng)用程序的時候可能會順序發(fā)生以下事件：

　　主機驅(qū)動一個低電平/RESET信號，從而使MAXQ處于復(fù)位狀態(tài)。

　　主機釋放/RESET復(fù)位信號。

　　MAXQ脫離復(fù)位狀態(tài)并開始運行程序代碼，因此JTAG接口立即被禁用。

　　主機試圖通過JTAG接口與器件通信，但通信已經(jīng)無法進行。

　　這個過程與應(yīng)用系統(tǒng)在復(fù)位之后馬上進入關(guān)機狀態(tài)或低功耗關(guān)斷模式類似。對于可以禁用/RESET引腳的器件，如MAXQ3210/MAXQ3212微控制器，這個問題更加嚴重。這種情況下，實際的復(fù)位操作取決于主機觸發(fā)的順序，還取決于器件是僅通過/RESET引腳還是通過上電、斷電過程復(fù)位的。

　　為了避免上述軟件問題，任何禁用/TAP調(diào)試端口或/RESET引腳的應(yīng)用系統(tǒng)在啟動時都應(yīng)該在關(guān)閉調(diào)試引擎之前提供幾秒鐘的延時。這個時間延遲可以使外部主機在JTAG接口被禁用之前通過它對MAXQ進行控制。另一種方法是：應(yīng)用系統(tǒng)可通過檢查別的端口引腳(由跳線器或按鈕控制)上的輸入電平來確定JTAG端口使能還是禁用。

　　結(jié)論

　　MAXQ微控制器的TAP (SC.7)位提供了JTAG接口的復(fù)用功能。只要遵循某些硬件和軟件設(shè)計的注意事項，JTAG接口的4個引腳就可用于調(diào)試/引導(dǎo)加載，或當作通用I/O使用。對于引腳數(shù)目受限的系統(tǒng)來說，這些引腳的復(fù)用可提供額外的資源。而當采用MAXQ器件開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)時，這些引腳的復(fù)用也會提高系統(tǒng)的靈活性。