【开发工具】【JTAG】JTAG基础【一】

作者：小蓝xlanll | 2024-04-29 00:26:07

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jtag

JTAG基础

什么是JTAG？

JTAG(Joint Test Action Group ，联合测试行动小组 ) 是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试及对系统进行仿真、调试。 JTAG 技术是一种嵌入式调试技术，它在芯片内部封装了专门的测试电路 TAP （ Test Access Port ，测试访问口），通过专用的 JTAG 测试工具对内部节点进行测试。

如今大多数比较复杂的器件都支持 JTAG 协议，如 ARM 、 DSP 、 FPGA 器件等。标准的 JTAG 接口是 4 线： TMS 、 TCK 、 TDI 、 TDO ，分别为测试模式选择、测试时钟、测试数据输入和测试数据输出。

JTAG的作用是什么？

主要用途：芯片内部测试，调试。

JTAG最初是用来对芯片进行测试的，JTAG的基本原理是在器件内部定义一个TAP（Test Access Port，测试访问口）通过专用的JTAG测试工具对内部节点进行测试。JTAG测试允许多个器件通过JTAG接口串联在一起，形成一个JTAG链，能实现对各个器件分别测试。如今，JTAG接口还常用于实现ISP（In-System Programmer，在系统编程），对FLASH等器件进行编程。

TAG编程方式是在线编程，传统生产流程中先对芯片进行预编程然后再装到板上，简化的流程为先固定器件到电路板上，再用JTAG编程，从而大大加快工程进度。JTAG接口可对DSP芯片内部的所有部件进行编程。

一个含有JTAG Debug接口模块的CPU，只要时钟正常，就可以通过JTAG接口访问CPU的内部寄存器和挂在CPU总线上的设备，如FLASH，RAM，SOC（比如4510B，44Box，AT91M系列）内置模块的寄存器，像UART，Timers，GPIO等等的寄存器。

上面说的只是JTAG接口所具备的能力，要使用这些功能，还需要软件的配合，具体实现的功能则由具体的软件决定。

JTAG的硬件基础知识

JTAG是硬件实现的。

在cpu（注意：这里的cpu是指运算处理单元，只包含了内部寄存器以及运算单元等基本部件）外围，处理器（即cpu扩展芯片，不是soc）内部包含了JTAG的硬件实现，并且向外界提供接口。

JTAG接口

JTAG内部有一个状态机，称为TAP控制器。TAP控制器的状态机通过TCK和TMS进行状态的改变，实现数据和指令的输入。

标准的JTAG接口是四线（还有可选）：

TMS（强制要求）——模式选择，TMS用来设置JTAG口处于某种特定的测试模式，TMS信号在TCK的上升沿有效。TMS在IEEE1149.1标准里是强制要求的。TMS信号用来控制TAP状态机的转换。通过TMS信号，可以控制TAP在不同的状态间相互转换。

TCK（强制要求）——时钟，TCK在IEEE1149.1标准里是强制要求的。TCK为TAP的操作提供了一个独立的、基本的时钟信号，TAP的所有操作都是通过这个时钟信号来驱动的。

TDI（强制要求）——数据输入，数据通过TDI输入JTAG口，TDI在IEEE1149.1标准里是强制要求的。TDI是数据输入的接口。所有要输入到特定寄存器的数据都是通过TDI接口一位一位串行输入的（由TCK驱动）。

TDO（强制要求）——数据输出，数据通过TDO从JTAG口输出，TDO在IEEE1149.1标准里是强制要求的。TDO是数据输出的接口。所有要从特定的寄存器中输出的数据都是通过TDO接口一位一位串行输出的（由TCK驱动）。

TRST（可选引脚）——测试复位，输入引脚，低电平有效。

这个信号接口在IEEE 1149.1标准里是可选的，并不是强制要求的。TRST可以用来对TAPController进行复位（初始化）。因为通过TMS也可以对TAP Controll进行复位（初始化）。所以有四线JTAG与五线JTAG之分。

除了上述的标准JTAG线之外，硬件JTAG接口上还有其他引脚，一起介绍下：

VTREF（强制要求）——接口信号电平参考电压一般直接连接Vsupply。这个可以用来确定ARM的JTAG接口使用的逻辑电平（比如3.3V还是5.0V?）

RTCK（可选引脚）——返回测试时钟（Return Test Clock），用来同步TCK信号。由目标端反馈给仿真器的时钟信号,用来同步TCK信号的产生,不使用时直接接地。

nSRST（可选引脚）——系统复位（System Reset），复位目标系统。与目标板上的系统复位信号相连,可以直接对目标系统复位。同时可以检测目标系统的复位情况，为了防止误触发应在目标端加上适当的上拉电阻。

USER IN——用户自定义输入。可以接到一个IO上，用来接受上位机的控制。

USER OUT——用户自定义输出。可以接到一个IO上，用来向上位机的反馈一个状态。

JTAG接口连接标准

如今 JTAG 接口的连接有两种标准，即 14 针接口和 20 针接口，其定义分别如下所示。

为什么会有多种接口标准？还有原本只需要标准4/5根线就能实现JTAG调试，为什么实际接口有20针/14针呢？

由于JTAG经常使用排线连接，为了增强抗干扰能力，在每条信号线间加上地线就出现了这种20针的接口。但事实上，RTCK、USER IN、USER OUT一般都不使用，于是还有一种14针的接口。对于实际开发应用来说，由于实验室电源稳定，电磁环境较好，干扰不大。

注：图为各式JTAG的接口电路。

对应14针的JTAG硬件引脚说明如下：

对应20针的JTAG硬件引脚说明如下：

参考：

JTAG基本原理与调试

https://www.cnblogs.com/TaigaCon/archive/2012/12/20/2826941.html

本篇只讲了下JTAG基础，可以继续点击下面的链接看JTAG原理，JTAG调试实例等：

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