JTAG调试原理（OPEN-JTAG开发小组）

### JTAG调试原理详解 #### 一、引言 本文旨在深入探讨ARM JTAG调试的基础原理，特别是关于TAP（Test Access Port）和边界扫描架构(Boundary-Scan Architecture)的相关内容。通过结合ARM7TDMI处理器的具体实例，我们将进一步解析JTAG调试的实际应用。 #### 二、IEEE Standard 1149.1—Test Access Port and Boundary-Scan Architecture ##### 2-1 边界扫描(Boundary-Scan) 边界扫描技术是JTAG调试中的一个核心概念，其主要思路是在接近芯片输入输出管脚的位置集成一个移位寄存器单元。这些移位寄存器单元通常位于芯片的边缘，因此被称为边界扫描寄存器（Boundary-Scan Register Cell）。在调试模式下，边界扫描寄存器能够将芯片与其外部的输入输出信号隔离，从而实现对芯片内部信号的观察与控制。具体而言： - **输入管脚**：可以通过与之相连的边界扫描寄存器将外部信号加载到管脚上； - **输出管脚**：可以通过与之相连的边界扫描寄存器“捕获”该管脚上的输出信号。 正常工作时，这些边界扫描寄存器对芯片而言是透明的，因此不会影响芯片的正常运行。此外，芯片上的边界扫描寄存器单元可以通过串行方式连接在一起，形成边界扫描链（Boundary-Scan Chain），便于通过时钟信号和控制信号实现对调试状态下的芯片进行观察与控制。 ##### 2-2 TAP（Test Access Port） TAP是用于访问芯片内所有数据寄存器（Data Register, DR）和指令寄存器（Instruction Register, IR）的一个通用端口。TAP控制器负责管理整个TAP的操作，它包括以下五个信号接口： - **Test Clock Input (TCK)**：提供时钟信号，用于驱动TAP控制器的状态机； - **Test Mode Select (TMS)**：用于选择TAP控制器的状态机模式； - **Test Data Input (TDI)**：输入数据至TAP控制器的数据寄存器或指令寄存器； - **Test Data Output (TDO)**：从TAP控制器的数据寄存器输出数据； - **Test Reset (TRST)**：可选信号，用于复位TAP控制器。 这五个信号接口构成了我们在开发板上常见的JTAG接口。通过TAP控制器，可以实现对边界扫描链的控制和访问，具体步骤如下： 1. **状态机控制**：TMS信号用于控制TAP控制器的状态机，通过不同的状态机设置，可以选择进入数据寄存器或指令寄存器的不同操作模式； 2. **数据传输**：TDI和TDO信号用于数据的输入和输出。TDI信号允许用户将指令或数据加载到指令寄存器或数据寄存器中，而TDO信号则允许用户读取数据寄存器中的数据； 3. **指令执行**：通过TAP控制器，可以执行各种指令，比如选择特定的边界扫描链进行操作。 #### 三、ARM7TDMI与JTAG调试 ARM7TDMI是一款支持JTAG调试的微处理器。结合ARM7TDMI，我们可以更深入地理解JTAG调试的实际应用场景： - **硬件配置**：ARM7TDMI芯片通常集成了JTAG端口，开发者可以通过该端口连接外部调试器进行调试； - **软件支持**：ARM7TDMI支持使用JTAG调试器进行代码下载、断点设置、单步执行等操作； - **调试流程**：开发者首先通过TAP控制器设置指令寄存器，选择需要调试的边界扫描链，然后通过数据寄存器加载或读取数据，进行具体的调试操作。 #### 四、结论 JTAG调试是一种广泛应用于现代集成电路设计中的测试技术，通过对边界扫描链的控制和访问，可以有效地实现对芯片内部逻辑的调试。ARM7TDMI作为一种典型的嵌入式处理器，其支持的JTAG调试功能为开发者提供了强大的工具，帮助他们在设计过程中快速定位问题并进行调试。未来，随着集成电路技术的发展，JTAG调试技术将继续发挥重要作用，并可能进一步演化出新的技术和方法。