JTAG接口解讀

通常所說的JTAG大致分兩類，一類用于測試芯片的電氣特性，檢測芯片是否有問題；一類用于Debug；一般支持JTAG的CPU內(nèi)都包含了這兩個(gè)模塊。
一個(gè)含有JTAG Debug接口模塊的CPU，只要時(shí)鐘正常，就可以通過JTAG接口訪問CPU的內(nèi)部寄存器和掛在CPU總線上的設(shè)備，如FLASH，RAM，SOC（比如4510B，44Box，AT91M系列）內(nèi)置模塊的寄存器，象UART，Timers，GPIO等等的寄存器。

    上面說的只是JTAG接口所具備的能力，要使用這些功能，還需要軟件的配合，具體實(shí)現(xiàn)的功能則由具體的軟件決定。
    例如下載程序到RAM功能。了解SOC的都知道，要使用外接的RAM，需要參照SOC DataSheet的寄存器說明，設(shè)置RAM的基地址，總線寬度，訪問速度等等。有的SOC則還需要Remap，才能正常工作。運(yùn)行Firmware時(shí)，這些設(shè)置由Firmware的初始化程序完成。但如果使用JTAG接口，相關(guān)的寄存器可能還處在上電值，甚至?xí)r錯(cuò)誤值，RAM不能正常工作，所以下載必然要失敗。要正常使用，先要想辦法設(shè)置RAM。在ADW中，可以在Console窗口通過Let 命令設(shè)置，在AXD中可以在Console窗口通過Set命令設(shè)置。
    下面是一個(gè)設(shè)置AT91M40800的命令序列，關(guān)閉中斷，設(shè)置CS0-CS3, 并進(jìn)行Remap，適用于AXD(ADS帶的Debug)
setmem 0xfffff124,0xFFFFFFFF,32 －－－關(guān)閉所有中斷
setmem 0xffe00000,0x0100253d,32 －－－設(shè)置CS0
setmem 0xffe00004,0x02002021,32 －－－設(shè)置CS1
setmem 0xffe00008,0x0300253d,32 －－－設(shè)置CS2
setmem 0xffe0000C,0x0400253d,32 －－－設(shè)置CS3
setmem 0xffe00020,1,32 －－－Remap
如果要在ADW（SDT帶的DEBUG）中使用，則要改為：
let 0xfffff124=0xFFFFFFFF －－－關(guān)閉所有中斷
let 0xffe00000=0x0100253d －－－設(shè)置CS0
let 0xffe00004=0x02002021 －－－設(shè)置CS1
let 0xffe00008=0x0300253d －－－設(shè)置CS2
let 0xffe0000C=0x0400253d －－－設(shè)置CS3
let 0xffe00020=1 －－－Remap
為了方便使用，可以將上述命令保存為一個(gè)文件config.ini, 在Console窗口輸入 ob config.ini 即可執(zhí)行。
    使用其他debug，大體類似，只是命令和命令的格式不同。


    設(shè)置RAM時(shí)，設(shè)置的寄存器以及寄存器的值必須和要運(yùn)行程序的設(shè)置一致。一般編譯生成的目標(biāo)文件是ELF格式，或類似的格式，包含有目標(biāo)碼運(yùn)行地址，運(yùn)行地址在Link時(shí)候確定。Debug下載程序時(shí)根據(jù)ELF文件中的地址信息下載程序到指定的地址。如果在把RAM的基地址設(shè)置為0x10000000, 而在編譯的時(shí)候指定Firmware的開始地址在0x02000000, 下載的時(shí)候，目標(biāo)碼將被下載到0x02000000，顯然下載會失敗。

    通過JTAG下載程序前應(yīng)關(guān)閉所有中斷，這一點(diǎn)和Firmware初始化時(shí)關(guān)閉中斷的原因相同。在使用JTAG接口的時(shí)候，各中斷的使能未知，尤其是FLASH里有可執(zhí)行碼的情況，可能會有一些中斷被使能。使用JTAG下載完代碼，要執(zhí)行時(shí)，有可能因?yàn)槲赐瓿沙跏蓟彤a(chǎn)生了中斷，導(dǎo)致程序異常。所以，需要先關(guān)閉中斷，一般通過設(shè)置SOC的中斷控制寄存器完成。

    使用JTAG寫Flash。在理論上，通過JTAG可以訪問CPU總線上的所有設(shè)備，所以應(yīng)該可以寫FLASH，但是FLASH寫入方式和RAM大不相同，需要特殊的命令，而且不同的FLASH擦除，編程命令不同，而且塊的大小，數(shù)量也不同，很難提供這一項(xiàng)功能。所以一般Debug不提供寫Flash功能，或者僅支持少量幾種Flash。

    目前就我知道的，針對ARM，只有FlashPGM這個(gè)軟件提供寫FLASH功能，但使用也非常麻煩。AXD，ADW都不提供寫FLASH功能。我寫Flash的方法時(shí)是，自己寫一個(gè)簡單的程序，專門用于寫目標(biāo)板的FLASH，利用JTAG接口，下載到目標(biāo)板，再把要燒寫的目標(biāo)碼裝成BIN格式，也下到目標(biāo)板（地址和燒FLASH的程序的地址不同），然后運(yùn)行已經(jīng)下載的燒FLASH的程序。使用這種方式，比起FlashPGM的寫Flash，速度似乎要快一些。
 
    關(guān)于簡單JTAG電纜。
    目前有各種各樣簡單JTAG電纜，其實(shí)只是一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，同時(shí)還起到保護(hù)作用。JTAG的邏輯則由運(yùn)行在PC上的軟件實(shí)現(xiàn)，所以在理論上，任何一個(gè)簡單JTAG電纜，都可以支持各種應(yīng)用軟件，如Debug等。我就曾使用同一個(gè)JTAG電纜寫Xilinx CPLD，AXD/ADW調(diào)試程序。關(guān)鍵再于軟件的支持，大多數(shù)軟件都不提供設(shè)定功能，因而只能支持某種JTAG電纜。

    關(guān)于簡單JTAG電纜的速度。
    JTAG是串行接口，使用打印口的簡單JTAG電纜，利用的是打印口的輸出帶鎖存的特點(diǎn)，使用軟件通過I/O產(chǎn)生JTAG時(shí)序。由JTAG標(biāo)準(zhǔn)決定，通過JTAG寫/讀一個(gè)字節(jié)要一系列的操作，根據(jù)我的分析，使用簡單JTAG電纜，利用打印口，通過JTAG輸出一個(gè)字節(jié)到目標(biāo)板，平均需要43個(gè)打印口I/O, 在我機(jī)器上（P4 1.7G)，每秒大約可進(jìn)行660K次 I/O 操作，所以下載速度大約在660K/43, 約等于15K Byte/S. 對于其他機(jī)器，I/O速度大致相同，一般在600K ~ 800K.

    關(guān)于如何提高JTAG下載速度。
很明顯，使用簡單JTAG電纜無法提高速度。要提高速度，大致有兩種辦法，
1。使用嵌入式系統(tǒng)提供JTAG接口，嵌入式系統(tǒng)和微機(jī)之間通過USB/Ethernet相連，這要求使用MCU。
2。使用CPLD/FPGA提供JTAG接口，CPLD/FPGA和微機(jī)之間使用EPP接口（一般微機(jī)打印口都支持EPP模式），EPP接口完成微機(jī)和CPLD/FPGA之間的數(shù)據(jù)傳輸，CPLD/FPGA完成JTAG時(shí)序。

    這兩種方法本人都實(shí)現(xiàn)過。第一個(gè)方法可以達(dá)到比較高的速度，實(shí)測超過了200KByte/S(注意：是Byte，不是Bit）；但是相對來說，硬件復(fù)雜，制造相對復(fù)雜。第二種相對來說，下載速度要慢一些，最快時(shí)達(dá)到96KByte/S，但電路簡單，制造方便，而且速度可以滿足需要。第二種方案還有一個(gè)缺點(diǎn)，由于進(jìn)行I/O操作時(shí)，CPU不會被釋放，因此在下載程序時(shí)，微機(jī)CPU顯得很繁忙。
總的來說，本人認(rèn)為，對于個(gè)人愛好者來說，第二種方法更可取。