### ARM JTAG 调试原理详述
#### 前言
本文旨在详细介绍ARM JTAG调试的基础原理，包括TAP (Test Access Port) 和边界扫描架构(Boundary-Scan Architecture) 的基本概念，并以ARM7TDMI为例进一步阐述JTAG调试的具体实现方式。
#### IEEE Standard 1149.1 - Test Access Port and Boundary-Scan Architecture
**JTAG**（Joint Test Action Group）是由IEEE批准并标准化的一个测试标准，即IEEE 1149.1标准，它是针对集成电路(ICs)设计的一种测试方法，主要用于芯片内部电路的功能性测试以及边界扫描测试。
##### 边界扫描（Boundary-Scan）
边界扫描技术的核心思想是在芯片的输入输出引脚附近集成一系列移位寄存器单元，这些移位寄存器分布在芯片的边缘，因此称为边界扫描寄存器单元（Boundary-Scan Register Cell）。在调试模式下，这些边界扫描寄存器可以将芯片与外部电路隔离，从而能够精确地控制和监控芯片的输入输出信号。对于输入引脚，可以通过边界扫描寄存器将信号加载到引脚上；而对于输出引脚，则可以“捕获”该引脚上的信号。正常工作时，边界扫描寄存器单元对芯片的正常操作是透明的，不影响其功能。
边界扫描寄存器单元可以串联在一起，形成边界扫描链（Boundary-Scan Chain），通过特定的时钟信号和控制信号，可以方便地读取或写入边界扫描链中的数据，进而控制和监测芯片的状态。大多数芯片会提供多条边界扫描链，以实现更全面的测试功能。
##### TAP (Test Access Port)
TAP是JTAG调试的关键组成部分之一，它提供了一个访问芯片内部测试逻辑的通用端口。TAP主要包括以下五个信号接口：
- **TCK (Test Clock Input)**: 用于提供时钟脉冲信号，使能移位寄存器的数据移动。
- **TMS (Test Mode Select)**: 控制TAP控制器的工作模式。
- **TDI (Test Data Input)**: 输入到移位寄存器的数据。
- **TDO (Test Data Output)**: 从移位寄存器输出的数据。
- **TRST (Test Reset)**: 可选信号，用于复位TAP控制器。
通过TAP，可以访问到芯片内的两种主要寄存器：数据寄存器 (Data Register, DR) 和指令寄存器 (Instruction Register, IR)。数据寄存器用于存储实际的数据值，比如边界扫描链中的数据；而指令寄存器则用于控制数据寄存器的操作，如选择特定的边界扫描链进行访问。
#### ARM7TDMI JTAG调试原理
ARM7TDMI处理器支持JTAG调试接口，通过此接口可以实现程序下载、断点设置、内存读写等功能。在ARM7TDMI中，TAP控制器通过接收TCK、TMS等信号来控制调试过程。具体实现步骤如下：
1. **初始化阶段**：通过TAP控制器的TMS信号设置TAP进入初始状态，此时通常用于复位TAP控制器。
2. **指令寄存器加载**：通过TDI接口向指令寄存器发送命令，例如选择特定的边界扫描链。
3. **数据寄存器加载/读取**：在选定的边界扫描链上执行数据的加载或读取操作。
4. **调试操作执行**：根据指令寄存器中的命令执行具体的调试操作，如读写寄存器、设置断点等。
#### 结论
JTAG调试技术是现代微处理器开发中不可或缺的一部分，特别是在ARM处理器的设计中尤为重要。通过对TAP和边界扫描架构的深入理解，开发者能够更有效地利用JTAG接口来进行芯片的功能验证、故障诊断及软件调试等工作。随着技术的进步，JTAG调试将继续在硬件设计和验证领域发挥重要作用。
