什麼是JTAG及JTAG介面簡介

1  JTAG(Joint Test Action Group;聯合測試行動小組)是一種國際標準測試協議（IEEE 1149.1相容），主要用於晶片自我裝載。現在多數的進階器件都支援JTAG協議，如DSP、FPGA器件等。標準的JTAG介面是4線：TMS、TCK、TDI、TDO，分別為模式選擇、時鐘、資料輸入和資料輸出線。 
JTAG最初是用來對晶片進行測試的，JTAG的基本原理是在器件內部定義一個TAP（Test Access Port;測試訪問口）通過專用的JTAG測試載入器對進行內部節點進行測試。JTAG測試允許多個器件通過JTAG介面串聯在一起，形成一個JTAG鏈，能實現對各個器件分別測試。現在，JTAG介面還常用於實現ISP（In-System Programmable�線上編程），對FLASH等器件進行編程。 
JTAG編程方式是線上編程，傳統生產流程中先對晶片進行預編程現再裝到板上因此而改變，簡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度。JTAG介面可對PSD晶片內部的所有組件進行編程

具有JTAG口的晶片都有如下JTAG引腳定義： 
TCK——測試時鐘輸入；

TDI——測試資料輸入，資料通過TDI輸入JTAG口；

TDO——測試資料輸出，資料通過TDO從JTAG口輸出；

TMS——測試模式選擇，TMS用來設定JTAG口處於某種特定的測試模式。

可選引腳TRST——測試複位，輸入引腳，低電平有效。

含有JTAG口的晶片種類較多，如CPU、DSP、CPLD等。

JTAG內部有一個狀態機器，稱為TAP控制器。TAP控制器的狀態機器通過TCK和TMS進行狀態的改變，實現資料和指令的輸入。圖1為TAP控制器的狀態機器框圖。

2 JTAG晶片的邊界掃描寄存器

JTAG標準定義了一個串列的移位寄存器。寄存器的每一個單元分配給IC晶片的相應引腳，每一個獨立的單元稱為BSC（Boundary-Scan Cell）邊界掃描單元。這個串聯的BSC在IC內部構成JTAG迴路，所有的BSR（Boundary-Scan Register）邊界掃描寄存器通過JTAG測試啟用，平時這些引腳保持正常的IC功能。圖2為具有JTAG口的IC內部BSR單元與引腳的關係。

3 JTAG線上寫Flash的硬體電路設計和與PC的串連方式

以含JTAG介面的StrongARM SA1110為例，Flash為Intel 28F128J32 16MB容量。SA1110的JTAG的TCK、TDI、TMS、TDO分別接PC並口的2、3、4、11線上，通過程式將對JTAG口的控制指令和目標代碼從PC的並口寫入JTAG的BSR中。在設計PCB時，必須將SA1110的資料線和地址線及控制線與Flash的地線線、資料線和控制線相連。因SA1110的資料線、地址線及控制線的引腳上都有其相應BSC，只要用JTAG指令將資料、地址及控制訊號送到其BSC中，就可通過BSC對應的引腳將訊號送給Flash，實現對Flash的操作。JTAG的系統板設計和連線關係3所示。

4 通過使用TAP狀態機器的指令實行對Flash的操作

通過TCK、TMS的設定，可將JTAG設定為接收指令或資料狀態。JTAG常用指令如下：

SAMPLE/PRELOAD——用此指令採樣BSC內容或將資料寫入BSC單元；

EXTEST——當執行此指令時，BSC的內容通過引腳送到其串連的相應晶片的引腳，我們就是通過這種指令實現線上寫Flash的；

BYPASS——此指令將一個一位寄存器軒於BSC的移位迴路中，即僅有一個一位寄存器處於TDI和TDO之間。

在PCB電路設計好後，即可用程式先將對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、資料及控制線訊號入BSR中，並將資料鎖存到BSC中，用EXTEST指令通過BSC將寫入Flash。

5 軟體編程

線上寫Flash的程式用Turbo C編寫。程式使用PC的並行口，將程式通過含有JTAG的晶片寫入Flash晶片。程式先對PC的並口初始化，對JTAG口複位和測試，並讀Flash，判斷是否加鎖。如加鎖，必須先解鎖，方可進行操作。寫Flash之前，必須對其先擦除。將JTAG晶片設定在EXTEST模式，通過PC的並口，將目標檔案通過JTAG寫入Flash，並在燒寫完成後進行校正。程式主流程4所示。

通過JTAG的讀晶片ID子程式如下：

void id_command(void){

putp(1,0,IP); //Run-Test/Idle;使JTAG複位

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); //退出資料寄存器

putp(1,1,IP); //更新資料寄存器

putp(1,0,IP); //Run-Test/Idle,使JTAG複位

putp(1,0,IP); //Run-Test/Idle

putp(1,0,IP); //Run-Test/Idle

}

6 電路設計和編程中的注意事項

①Flash晶片的WE、CE、OE等控制線必須與SA1110的BSR相連。只有這樣，才能通過BSR控制Flash的相應引腳。

②JTAG口與PC並口的連接線要盡量短，原則上不大於15cm。

③Flash在擦寫和編程時所需的工作電流較大，在選用系統的供電晶片時，必須加以考慮。

④為提高對Flash的編程速度，盡量使TCK不低於6MHz，可編寫燒寫Flash程式時實現。

 

(來源：嵌入式線上論壇)