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JTAG口及其對(duì)Flash的在線編程
摘要：通過JTAG實(shí)現(xiàn)對(duì)Flash在線編程。首先，介紹JTAG的定義、結(jié)構(gòu)及引腳的定義，并闡述JTAG狀態(tài)機(jī)的工作原理。然后，介紹JTAG口的邊界掃描寄存器，給出實(shí)現(xiàn)JTAG在線寫Flash的電路，和如何通過JTAG實(shí)現(xiàn)Flash的編程及程序流程圖。關(guān)鍵詞：JTAG Flash 在線編程
隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展，在一些高端的掌上設(shè)備中，都使用了Flash芯片，如Compaq的iPAQ、聯(lián)想的天祺系列等產(chǎn)品。但對(duì)于研發(fā)人員來(lái)說(shuō)，在開發(fā)階段需要大量的程序調(diào)試，就意味著要對(duì)Flash進(jìn)行擦除和改寫的工作，因此，如何對(duì)Flash進(jìn)行在線編程是問題的關(guān)鍵所在。本文介紹一種通過JTAG對(duì)Flash進(jìn)行的在線編程方法。
1 JTAG簡(jiǎn)介
JTAG（Joint Test Action Group）是1985年制定的檢測(cè)PCB和IC芯片的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，1990年被修改后成為IEEE的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，即IEEE1149.1-1990。通過這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，可對(duì)具有JTAG口芯片的硬件電路進(jìn)行邊界掃描和故障檢測(cè)。
圖1 TAP控制器的狀態(tài)機(jī)框圖
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TDI輸入JTAG口；
TDO——測(cè)試數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)通過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。圖1為TAP控制器的狀態(tài)機(jī)框圖。
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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)?duì)JTAG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(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 通過使用TAP狀態(tài)機(jī)的指令實(shí)行對(duì)Flash的操作
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。
5 軟件編程
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(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Flash之前，必須對(duì)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：
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(duì)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)。
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