什么是JTAG及JTAG接口簡(jiǎn)介

1  JTAG(Joint Test Action Group;聯(lián)合測(cè)試行動(dòng)小組)是一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試協(xié)議（IEEE 1149.1兼容），主要用于芯片內(nèi)部測(cè)試。現(xiàn)在多數(shù)的高級(jí)器件都支持JTAG協(xié)議，如DSP、FPGA器件等。標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口是4線：TMS、TCK、TDI、TDO，分別為模式選擇、時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出線。 
JTAG最初是用來(lái)對(duì)芯片進(jìn)行測(cè)試的，JTAG的基本原理是在器件內(nèi)部定義一個(gè)TAP（Test Access Port;測(cè)試訪問(wèn)口）通過(guò)專用的JTAG測(cè)試工具對(duì)進(jìn)行內(nèi)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。JTAG測(cè)試允許多個(gè)器件通過(guò)JTAG接口串聯(lián)在一起，形成一個(gè)JTAG鏈，能實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)器件分別測(cè)試?，F(xiàn)在，JTAG接口還常用于實(shí)現(xiàn)ISP（In-System Programmable�在線編程），對(duì)FLASH等器件進(jìn)行編程。 
JTAG編程方式是在線編程，傳統(tǒng)生產(chǎn)流程中先對(duì)芯片進(jìn)行預(yù)編程現(xiàn)再裝到板上因此而改變，簡(jiǎn)化的流程為先固定器件到電路板上，再用JTAG編程，從而大大加快工程進(jìn)度。JTAG接口可對(duì)PSD芯片內(nèi)部的所有部件進(jìn)行編程

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(guò)TDI輸入JTAG口；

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

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

可選引腳TRST——測(cè)試復(fù)位，輸入引腳，低電平有效。

含有JTAG口的芯片種類(lèi)較多，如CPU、DSP、CPLD等。

JTAG內(nèi)部有一個(gè)狀態(tài)機(jī)，稱為T(mén)AP控制器。TAP控制器的狀態(tài)機(jī)通過(guò)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T(mén)AP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(guò)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(xiě)Flash的硬件電路設(shè)計(jì)和與PC的連接方式

以含JTAG接口的StrongARM SA1110為例，F(xiàn)lash為Intel 28F128J32 16MB容量。SA1110的JTAG的TCK、TDI、TMS、TDO分別接PC并口的2、3、4、11線上，通過(guò)程序?qū)?duì)JTAG口的控制指令和目標(biāo)代碼從PC的并口寫(xiě)入JTAG的BSR中。在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，必須將SA1110的數(shù)據(jù)線和地址線及控制線與Flash的地線線、數(shù)據(jù)線和控制線相連。因SA1110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(guò)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(guò)使用TAP狀態(tài)機(jī)的指令實(shí)行對(duì)Flash的操作

通過(guò)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(xiě)入BSC單元；

EXTEST——當(dāng)執(zhí)行此指令時(shí)，BSC的內(nèi)容通過(guò)引腳送到其連接的相應(yīng)芯片的引腳，我們就是通過(guò)這種指令實(shí)現(xiàn)在線寫(xiě)Flash的；

BYPASS——此指令將一個(gè)一位寄存器軒于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(guò)TDI送入JTAG控制器的指令寄存器中。再通過(guò)TDI將要寫(xiě)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(guò)BSC將寫(xiě)入Flash。

5 軟件編程

在線寫(xiě)Flash的程序用Turbo C編寫(xiě)。程序使用PC的并行口，將程序通過(guò)含有JTAG的芯片寫(xiě)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Flash，判斷是否加鎖。如加鎖，必須先解鎖，方可進(jìn)行操作。寫(xiě)Flash之前，必須對(duì)其先擦除。將JTAG芯片設(shè)置在EXTEST模式，通過(guò)PC的并口，將目標(biāo)文件通過(guò)JTAG寫(xiě)入Flash，并在燒寫(xiě)完成后進(jìn)行校驗(yàn)。程序主流程如圖4所示。

通過(guò)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); //SA1110JTAG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,IP);

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(SA1110ID))

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)

①Flash芯片的WE、CE、OE等控制線必須與SA1110的BSR相連。只有這樣，才能通過(guò)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15cm。

③Flash在擦寫(xiě)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6MHz，可編寫(xiě)燒寫(xiě)Flash程序時(shí)實(shí)現(xiàn)。