JTAG接口說明

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，像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，甚至是錯(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。

JTAG最初是用來對芯片進(jìn)行測試的，JTAG的基本原理是在器件內(nèi)部定義一個(gè)TAP(Test Access Port;測試訪問口)通過專用的JTAG測試工具對內(nèi)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測試。JTAG測試允許多個(gè)器件通過JTAG接口串聯(lián)在一起，形成一個(gè)JTAG鏈，能實(shí)現(xiàn)對各個(gè)器件分別測試。如今，JTAG接口還常用于實(shí)現(xiàn)ISP(In-System Programmer，在系統(tǒng)編程)，對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)流程中先對芯片進(jìn)行預(yù)編程然后再裝到板上，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(jìn)度。JTAG接口可對DSP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--測試時(shí)鐘輸入;

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

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

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

可選引腳TRST--測試復(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。

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測試激活，平時(shí)這些引腳保持正常的IC功能。

JTAG在線寫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，通過程序?qū)TAG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SA1110的數(shù)據(jù)線和地址線及控制線與Flash的地線、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BSC對應(yīng)的引腳將信號(hào)送給Flash，實(shí)現(xiàn)對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。

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，我們就是通過這種指令實(shí)現(xiàn)在線寫Flash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將寫入Flash。

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PC的并口初始化，對JTAG口復(fù)位和測試，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Flash之前，必須對其先擦除。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:

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Flash的編程速度，盡量使TCK不低于6MHz，可編寫燒寫Flash程序時(shí)實(shí)現(xiàn)。

JTAG(Joint Test Action Group ，聯(lián)合測試行動(dòng)小組 ) 是一種國際標(biāo)準(zhǔn)測試協(xié)議，主要用于芯片內(nèi)部測試及對系統(tǒng)進(jìn)行仿真、調(diào)試， JTAG 技術(shù)是一種嵌入式調(diào)試技術(shù)，它在芯片內(nèi)部封裝了專門的測試電路 TAP ( Test Access Port ，測試訪問口)，通過專用的 JTAG 測試工具對內(nèi)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測試。

如今大多數(shù)比較復(fù)雜的器件都支持 JTAG 協(xié)議，如 ARM 、 DSP 、 FPGA 器件等。標(biāo)準(zhǔn)的 JTAG 接口是 4 線: TMS 、 TCK 、 TDI 、 TDO ，分別為測試模式選擇、測試時(shí)鐘、測試數(shù)據(jù)輸入和測試數(shù)據(jù)輸出。如今 JTAG 接口的連接有兩種標(biāo)準(zhǔn)，即 14 針接口和 20 針接口，其定義分別如下所示。

1 、 13 VCC 接電源

2 、 4 、 6 、 8 、 10 、 14 GND 接地

3 nTRST 測試系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)

5 TDI 測試數(shù)據(jù)串行輸入

7 TMS 測試模式選擇

9 TCK 測試時(shí)鐘

11 TDO 測試數(shù)據(jù)串行輸出

12 NC 未連接

1 VTref 目標(biāo)板參考電壓，接電源

2 VCC 接電源

3 nTRST 測試系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)

4、6、8、10、12、14、16、18、20 GND 接地

5 TDI 測試數(shù)據(jù)串行輸入

7 TMS 測試模式選擇

9 TCK 測試時(shí)鐘

11 RTCK 測試時(shí)鐘返回信號(hào)

13 TDO 測試數(shù)據(jù)串行輸出

15 nRESET 目標(biāo)系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)

17 、 19 NC 未連接

仿真器端口 AVR端口 備注

1. TCK TCK

2. NC NC

3. TDO TDO

4. Vtref VCC

5. TMS TMS

6. nSRST RESET

7. NC / Vsupply NC / VCC JTAG ICE仿真器:VCC;JTAG ICE mkII仿真器:NC

8. nTRST NC ATMEL尚且保留該端口，如今暫不使用它，未來可能會(huì)使用

9. TDI TDI

10.GND GND

書名單板級(jí)JTAG測試技術(shù)

書號(hào)978-7-118-09986-7

作者王承、劉治國

出版時(shí)間2015年6月

譯者

版次1版1次

開本32

裝幀平裝

出版基金

頁數(shù)205

字?jǐn)?shù)190

中圖分類TN407

叢書名

定價(jià)58.00

第1章測試的基本概念1

1.1數(shù)字電路測試1

1.1.1測試1

1.1.2測試分類2

1.1.3數(shù)字電路分類2

1.2故障及故障模型3

1.3算法3

1.4測試覆蓋率和故障檢出率4

1.5測試矢量4

1.5.1組合電路的測試矢量生成6

1.5.2時(shí)序電路的測試矢量生成10

1.6可測性15

1.6.1可控性15

1.6.2可觀性16

1.6.3可測性設(shè)計(jì)方法17

第2章單板級(jí)JTAG測試31

2.1背景介紹31

2.2傳統(tǒng)單板測試方法的困難32

2.2.1在線測試33

2.2.2光學(xué)測試33

2.2.3功能測試34

2.3生產(chǎn)制造應(yīng)用35

2.4JTAG測試技術(shù)36

2.5單板級(jí)JTAG測試38

2.6JTAG測試的優(yōu)缺點(diǎn)39

第3章IEEE1149.X標(biāo)準(zhǔn)40

3.1IEEE1149.1(邊界掃描測試)40

3.1.1邊界掃描測試概述40

3.1.2邊界掃描硬件結(jié)構(gòu)42

3.1.3邊界掃描描述語言69

3.2IEEE1532(在系統(tǒng)編程)84

3.2.1標(biāo)準(zhǔn)測試與編程語言85

3.2.2在系統(tǒng)配置硬件結(jié)構(gòu)87

3.2.3數(shù)據(jù)和地址寄存器的訪問89

3.2.4在系統(tǒng)配置指令89

3.2.5在系統(tǒng)編程實(shí)現(xiàn)91

3.3IEEE1149.6(高級(jí)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)邊界掃描測試)93

3.3.1連接模型93

3.3.2IEEE1149.6架構(gòu)95

3.3.3IEEE1149.6指令96

3.3.4IEEE1149.6應(yīng)用實(shí)例99

第4章單板級(jí)邊界掃描可測性設(shè)計(jì)100

4.1測試點(diǎn)和測試探針100

4.2應(yīng)力分析102

4.3菊花鏈103

4.4復(fù)位管腳設(shè)置104

4.5菊花鏈TAP端口設(shè)置104

4.6不同電壓芯片的連接106

4.7優(yōu)選遵循IEEE1149.1芯片108

4.8配置管腳設(shè)置108

4.9掃描鏈中芯片個(gè)數(shù)108

4.10邏輯芯片的設(shè)置110

4.11存儲(chǔ)器的連接110

4.12器件族的連接111

4.13其他情況111

4.14測試點(diǎn)的設(shè)計(jì)111

4.15小結(jié)113

第5章邊界掃描測試技術(shù)應(yīng)用116

5.1故障模型116

5.2器件模型117

5.2.1關(guān)鍵字符118

5.2.2器件模型實(shí)例118

5.3測試算法130

5.3.1計(jì)數(shù)/補(bǔ)償算法130

5.3.2走步算法131

5.3.3邊界掃描測試流程132

5.4芯片級(jí)測試134

5.4.1JTAG總線測試134

5.4.2芯片寄存器測試135

5.5單板級(jí)測試139

5.5.1基礎(chǔ)測試139

5.5.2上/下拉測試141

5.5.3互連測試142

5.5.4器件族測試143

5.5.5存儲(chǔ)器測試144

5.6系統(tǒng)級(jí)測試145

5.6.1系統(tǒng)級(jí)測試結(jié)構(gòu)146

5.6.2多點(diǎn)網(wǎng)關(guān)芯片147

5.6.3基于STA112的系統(tǒng)級(jí)測試架構(gòu)149

5.7應(yīng)用方式150

5.8優(yōu)缺點(diǎn)分析150

第6章串行矢量格式152

6.1引言152

6.2SVF命令集152

6.2.1SVF文件152

6.2.2SVF命令集153

6.3SVF命令詳述154

6.3.1寄存器測試結(jié)束155

6.3.2測試頻率設(shè)置155

6.3.3寄存器頭設(shè)置156

6.3.4并行測試矢量設(shè)置158

6.3.5并行管腳映射159

6.3.6測試運(yùn)行設(shè)置160

6.3.7寄存器掃描163

6.3.8狀態(tài)路徑設(shè)置165