MAXQ微控制器中JTAG接口引腳的復用

　　簡介

　　通常在嵌入式應用中，微控制器的每個端口引腳對于實際應用來說都是必需的，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微控制器可重寫內部程序存儲器(如閃存或EEPROM)，支持標準JTAG/TAP接口(也稱為調試端口)。外部主機可利用該接口執(zhí)行在線調試或在線編程(引導裝載)功能。該接口中的所有引腳通?？蓮陀脼闃藴蔊PIO端口引腳功能，從而使這些引腳在開發(fā)階段結束之后仍然可以被使用。本應用筆記闡述了在常規(guī)應用中如何復用這些引腳。同時，本應用筆記還指出了在復用這些引腳時需要考慮的事項。

　　應用系統(tǒng)開發(fā)階段

　　在開發(fā)階段，JTAG兼容調試端口可提供許多有用功能。首先，調試端口允許應用系統(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院蟮臏y試需求對應用系統(tǒng)進行測試、修改和快速加載。其次，調試端口允許執(zhí)行MAXQ架構的在線調試功能，這些調試功能包括寄存器的讀寫操作、指令的單步調試，并可查看程序、數據、堆棧存儲器。引導裝載和在線調試功能會對應用系統(tǒng)所能使用的存儲器資源產生一些微小的影響。因為在線調試功能完全由MAXQ硬件和公用程序ROM實現。

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

　　調試端口引腳的重復使用

　　實現JTAG兼容調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：測試數據輸出—MAXQ輸出

　　TDI：測試數據輸入—MAXQ輸入

　　這4個引腳可以典型地復用為4個GPIO端口；具體復用引腳隨MAXQ器件的不同而不同。在復位或上電復位(POR)狀態(tài)后，調試端口默認為使能狀態(tài)，常規(guī)應用系統(tǒng)不能使用這些端口引腳。為了屏蔽調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。

　　硬件設計注意事項

　　若在系統(tǒng)開發(fā)階段和批量生產階段使用同一套硬件，不論調試接口的端口作為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動。此外，在線調試或引導加載過程中，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有可能造成器件損壞。

　　舉一個例子，假設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接口調試器件時，由于TCK信號的快速翻轉將導致繼電器的接通和斷開，可能導致連接到繼電器的外部設備損壞。為了防止這種情況發(fā)生，在器件將要引導加載或進行在線調試時，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。為了把應用系統(tǒng)設置在適當模式，系統(tǒng)開發(fā)人員傾向于在應用程序代碼的開始就把TAP位清零。然而，這么早就把TAP位清零會引起應用系統(tǒng)開發(fā)中出現一些問題。

　　如果應用系統(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，由于程序代碼已經燒入器件且不能更改，將無法使用引導加載和在線調試功能。

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

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

　　主機釋放/RESET復位信號。

　　MAXQ脫離復位狀態(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，但通信已經無法進行。

　　這個過程與應用系統(tǒng)在復位之后馬上進入關機狀態(tài)或低功耗關斷模式類似。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、斷電過程復位的。

　　為了避免上述軟件問題，任何禁用/TAP調試端口或/RESET引腳的應用系統(tǒng)在啟動時都應該在關閉調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。

　　結論

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