JTAG口及其對(duì)F1aSh的在線編程

隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展，在一些高端的掌上設(shè)備中，都使用了Flash芯片，如Compaq的iPAQ、聯(lián)想的天祺系列等產(chǎn)品。但對(duì)于研發(fā)人員來說，在開發(fā)階段需要大量的程序調(diào)試，就意味著要對(duì)F1ash進(jìn)行擦除和改寫的工作，因此，如何對(duì)F1ash進(jìn)行在線編程是問題的關(guān)鍵所在。本文介紹一種通過JTAG對(duì)Flash進(jìn)行的在線編程方法。

1 JTAG簡(jiǎn)介

JTAG(Joint Test Action Group)是1985年制定的檢測(cè)PCB和IC芯片的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，1990年被修改后成為IEEE的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，即IEEEll49．1-1990。通過這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，可對(duì)具有JTAG口芯片的硬件電路進(jìn)行邊界掃描和故障檢測(cè)。

具有JTAG口的芯片都有如下JTAG引腳定義：

TCK--測(cè)試時(shí)鐘輸入；

TDI--測(cè)試

數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)通過TDI輸入JTAG口；

TDO--測(cè)試數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)通過TDO從JTAG口輸出；

TMS--測(cè)試模式選擇，TMS用來設(shè)置JTAG口處于某種特定的測(cè)試模式。

可選引腳TRST一測(cè)試復(fù)位，輸入引腳，低電平有效。

含有JTAG口的芯片種類較多，如CPU、DSP、CPLD等。

JTAG內(nèi)部有一個(gè)狀態(tài)機(jī)，稱為TAP控制器。TAP控制器的狀態(tài)機(jī)通過TCK和TMS進(jìn)行狀態(tài)的改變，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和指令的輸入。圖1為TAP控制器的狀態(tài)機(jī)框圖。

2 JTAG芯片的邊界掃描寄存器

JTAG標(biāo)準(zhǔn)定義了一個(gè)串行的移位寄存器。寄存器的每一個(gè)單元分配給IC芯片的相應(yīng)引腳，每一個(gè)獨(dú)立的單元稱為BSC(Boundary-Scan Cell)邊界掃描單元。這個(gè)串聯(lián)的BSC在IC內(nèi)部構(gòu)成JTAG回路，所有的BSR(Boundary-Scan Register)邊界掃描寄存器通過JTAG測(cè)試激活，平時(shí)這些引腳保持正常的IC功能。圖2為具有JTAG口的IC內(nèi)部BSR單元與引腳的關(guān)系。

3 jTAG在線寫FIash的硬件電路設(shè)計(jì)和與PC的連接方式

以含JTAG接口的StrongARM SAlll0為例，Flash為Intel 28F128J32 16MB容量。SAlll0的JTAG的TCK、TDI、TMS、TDO分別接PC并口的2、3、4、11線上，通過程序?qū)?duì)JTAG口的控制指令和目標(biāo)代碼從PC的并口寫入JTAG的BSR中。在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，必須將SAll10的數(shù)據(jù)線和地址線及控制線與Flash的地址線、數(shù)據(jù)線和控制線相連。因SAlll0的數(shù)據(jù)線、地址線及控制線的引腳上都有其相應(yīng)BSC，只要用JTAG指令將數(shù)據(jù)、地址及控制信號(hào)送到其BSC中，就可通過BSC對(duì)應(yīng)的引腳將信號(hào)送給Flash，實(shí)現(xiàn)對(duì)Flash的操作。JTAG的系統(tǒng)板設(shè)計(jì)和連線關(guān)系如圖3所示。

4 通過使用TAP狀態(tài)機(jī)的指令實(shí)行對(duì)FIash的操作

通過TCK、TMS的設(shè)置，可將JTAG設(shè)置為接收指令或數(shù)據(jù)狀態(tài)。JTAG常用指令如下：

SAMPLE／PRELOAD--用此指令采樣BSC內(nèi)容或?qū)?shù)據(jù)寫入BSC單元；

EXTEST--當(dāng)執(zhí)行此指令時(shí)，BSC的內(nèi)容通過引腳送到其連接的相應(yīng)芯片的引腳，我們就是通過這條指令實(shí)現(xiàn)在線寫F1ash的；

BYPASS--此指令將一個(gè)一位寄存器置于BSC的移位回路中，即僅有一個(gè)一位寄存器處于TDI和TDO之間。

在PCB電路設(shè)計(jì)好后，即可用程序先將對(duì)JTAG的控制指令，通過TDI送入JTAG控制器的指令寄存器中。再通過TDI將要寫Flash的地址、數(shù)據(jù)及控制線信號(hào)入BSR中，并將數(shù)據(jù)鎖存到BSC中，用EXTEST指令通過BSC將數(shù)據(jù)寫入Flash。

5 軟件編程

在線寫Flash的程序用Turbo C編寫。程序使用PC的并行口，將程序通過含有JTAG的芯片寫入Flash芯片。程序先對(duì)PC的并口初始化，對(duì)JTAG口復(fù)位和測(cè)試，并讀F1ash，判斷是否加鎖。如加鎖，必須先解鎖，方可進(jìn)行操作。寫Flash之前，必須對(duì)其先擦除。將JTAG芯片設(shè)置在EXTEST模式，通過PC的并口，將目標(biāo)文件通過JTAG寫入Flash，
并在燒寫完成后進(jìn)行校驗(yàn)。程序主流程如圖4所示。

通過JTAG的讀芯片ID子程序如下

void id_command(void){

putp(1,0,IP)；／／Run-Test／Idle：使JTAG復(fù)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); ／／選擇指令寄存器

putp(1,0,IP); ／／捕獲指令寄存器

putp(1,0,IP); ／／移位指令寄存器

putp(0,0,IP); // SAlll0 JTAG口指令長(zhǎng)度5位，

／／IDCODE為01100

putp(1,0,IP);

putp(1,0,IP);

putp(0,0,IP);

putp(0,0,1P);

putp(0,1,IP); // 退出指令寄存器

putp(1,1,IP); // 更新指令寄存器，執(zhí)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(SAlll0ID))

error_out("failed tO read device ID for the SA-1110");

putp(1,1,IP)；／／退出數(shù)據(jù)寄存器

putp(1,1,IP)；／／更新數(shù)據(jù)寄存器

PUTP(1,0,IP); // Run-Test/Idle,使JTAG復(fù)位

putp(1,0,IP)；／／Run-Test／Idle

putp(1,0,IP); ／／Run-Test／Idle}

6 電路設(shè)計(jì)和編程中的注意事項(xiàng)

①F1ash芯片的WE、CE、OE等控制線必須與SAlll0的BSR相連。只有這樣，才能通過BSR控制Flash的相應(yīng)引腳。

②JTAG口與PC并口的連接線要盡量短，原則上不大于15 cm。

③F1ash在擦寫和編程時(shí)所需的工作電流較大，在選用系統(tǒng)的供電芯片時(shí)，必須加以考慮。

④為提高對(duì)Flash的編程速度，盡量使TCK不低于6 MHz，可在編寫燒寫Flash程序時(shí)實(shí)現(xiàn)。