JTAG口及其对Flash的在线编程

摘要：通过JTAG实现对Flash在线编程。首先，介绍JTAG的定义、结构及引脚的定义，并阐述JTAG状态机的工作原理。然后，介绍JTAG口的边界扫描寄存器，给出实现JTAG在线写Flash的电路，和如何通过JTAG实现Flash的编程及程序流程图。 关键词：JTAG Flash 在线编程 随着嵌入式技术的发展，在一些高端的掌上设备中，都使用了Flash芯片，如Compaq的iPAQ、联想的天祺系列等产品。但对于研发人员来说，在开发阶段需要大量的程序调试，就意味着要对Flash进行擦除和改写的工作，因此，如何对Flash进行在线编程是问题的关键所在。本文介绍一种通过JTAG对Flash进行的在线编程方法。 1 JTAG简介 JTAG（Joint Test Action Group）是1985年制定的检测PCB和IC芯片的一个标准，1990年被修改后成为IEEE的一个标准，即IEEE1149.1-1990。通过这个标准，可对具有JTAG口芯片的硬件电路进行边界扫描和故障检测。 图1 TAP控制器的状态机框图 具有JTAG口的芯片都有如下JTAG引脚定义： TCK——测试时钟输入； TDI——测试数据输入，数据通过TDI输入JTAG口； TDO——测试数据输出，数据通过TDO从JTAG口输出； TMS——测试模式选择，TMS用来设置JTAG口处于某种特定的测试模式。 可选引脚TRST——测试复位，输入引脚，低电平有效。 含有JTAG口的芯片种类较多，如CPU、DSP、CPLD等。 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。图1为TAP控制器的状态机框图。 2 JTAG芯片的边界扫描寄存器 JTAG标准定义了一个串行的移位寄存器。寄存器的每一个单元分配给IC芯片的相应引脚，每一个独立的单元称为BSC（Boundary-Scan Cell）边界扫描单元。这个串联的BSC在IC内部构成JTAG回路，所有的BSR（Boundary-Scan Register）边界扫描寄存器通过JTAG测试激活，平时这些引脚保持正常的IC功能。图2为具有JTAG口的IC内部BSR单元与引脚的关系。 3 JTAG在线写Flash的硬件电路设计和与PC的连接方式 以含JTAG接口的StrongARM SA1110为例，Flash为Intel 28F128J32 16MB容量。SA1110的JTAG的TCK、TDI、TMS、TDO分别接PC并口的2、3、4、11线上，通过程序将对JTAG口的控制指令和目标代码从PC的并口写入JTAG的BSR中。在设计PCB时，必须将SA1110的数据线和地址线及控制线与Flash的地线线、数据线和控制线相连。因SA1110的数据线、地址线及控制线的引脚上都有其相应BSC，只要用JTAG指令将数据、地址及控制信号送到其BSC中，就可通过BSC对应的引脚将信号送给Flash，实现对Flash的操作。JTAG的系统板设计和连线关系如图3所示。 4 通过使用TAP状态机的指令实行对Flash的操作 通过TCK、TMS的设置，可将JTAG设置为接收指令或数据状态。JTAG常用指令如下： SAMPLE/PRELOAD——用此指令采样BSC内容或将数据写入BSC单元； EXTEST——当执行此指令时，BSC的内容通过引脚送到其连接的相应芯片的引脚，我们就是通过这种指令实现在线写Flash的； BYPASS——此指令将一个一位寄存器轩于BSC的移位回路中，即仅有一个一位寄存器处于TDI和TDO之间。 在PCB电路设计好后，即可用程序先将对JTAG的控制指令，通过TDI送入JTAG控制器的指令寄存器中。再通过TDI将要写Flash的地址、数据及控制线信号入BSR中，并将数据锁存到BSC中，用EXTEST指令通过BSC将写入Flash。 5 软件编程 在线写Flash的程序用Turbo C编写。程序使用PC的并行口，将程序通过含有JTAG的芯片写入Flash芯片。程序先对PC的并口初始化，对JTAG口复位和测试，并读Flash，判断是否加锁。如加锁，必须先解锁，方可进行操作。写Flash之前，必须对其先擦除。将JTAG芯片设置在EXTEST模式，通过PC的并口，将目标文件通过JTAG写入Flash，并在烧写完成后进行校验。程序主流程如图4所示。 通过JTAG的读芯片ID子程序如下： void id_command(void){ putp(1,0,IP); //Run-Test/Idle;使JTAG复位 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); //选择指令寄存器 putp(1,0,IP); //捕获指令寄存器 putp(1,0,IP); /移位指令寄存器 putp(0,0,IP); //SA1110JTAG口指令长度5位，IDCODE为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，执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); //退出数据寄存器 putp(1,1,IP); //更新数据寄存器 putp(1,0,IP); //Run-Test/Idle,使JTAG复位 putp(1,0,IP); //Run-Test/Idle putp(1,0,IP); //Run-Test/Idle } 6 电路设计和编程中的注意事项 ①Flash芯片的WE、CE、OE等控制线必须与SA1110的BSR相连。只有这样，才能通过BSR控制Flash的相应引脚。 ②JTAG口与PC并口的连接线要尽量短，原则上不大于15cm。 ③Flash在擦写和编程时所需的工作电流较大，在选用系统的供电芯片时，必须加以考虑。 ④为提高对Flash的编程速度，尽量使TCK不低于6MHz，可编写烧写Flash程序时实现。