【系统架构设计师】嵌入式系统之JTAG接口

1. 说明

• 1.嵌入式系统中的JTAG（Joint Test Action Group，联合测试行动组）接口是一种重要的调试和测试接口。
• 2.JTAG接口是一种国际标准的电子电路测试协议，最初由IBM、AT&T、TI、Philips等几家主要的电子制造商于1985年发起制订，目的是提供一种PCB和芯片测试标准。
• 3.该标准于1990年被IEEE批准为IEEE1149.1测试访问端口和边界扫描结构标准。
• 4.JTAG接口在嵌入式系统中得到了广泛应用，主要用于硬件调试、测试以及编程。

2. 主要功能

2.1 硬件调试

• 1.提供对嵌入式处理器内部结构的访问，如CPU内核、缓存、总线接口、中断控制器等。
• 2.允许开发者监控和控制芯片内部状态，包括读写寄存器、内存和外设。
• 3.支持源代码级别的调试，可以设置断点、单步执行、读取/修改内存和寄存器内容，以及追踪程序执行流。

2.2 边界扫描测试

• 1.使用移位寄存器方法检测PCB上的互连故障，尤其对于那些没有单独测试引脚的内部信号。
• 2.在系统层级进行功能测试，确保硬件在系统启动之前没有物理连接性问题。

2.3 系统内编程（ISP）

• 1.无需移除目标设备的芯片，即可对其内部的闪存或EEPROM进行编程或更新。

2.4 配置和重新配置

• 1.对现场可编程逻辑门阵列（FPGA）和复杂可编程逻辑器件（CPLD）进行配置和重新配置。

2.5 实时监控

• 1.在运行状态下监控系统的运行情况，这对于嵌入式系统的实时分析和性能优化非常有用。

3. 核心组件和引脚

• 1.JTAG接口通常由四个必要信号线组成：TMS（测试模式选择）、TCK（测试时钟）、TDI（测试数据输入）、TDO（测试数据输出）。
• 2.这些信号线通过TAP（测试访问端口）控制器管理对JTAG接口的访问。
• 3.TAP控制器是一个同步状态机，由TMS信号控制转换，控制着JTAG系统的行为。

4. 应用场景

• 1.JTAG接口广泛应用于各种嵌入式系统中，特别是那些具有复杂可编程逻辑器件（如FPGA、CPLD）和微控制器的电路板。
• 2.在硬件开发阶段，JTAG接口为开发人员提供了一个深入底层硬件的能力，从而提高了调试效率和产品质量。
• 3.在软件调试阶段，JTAG接口支持源代码级别的调试，使得开发人员能够更方便地定位和解决软件问题。

5. 使用注意事项

• 1.在使用JTAG接口之前，需要确保目标系统已经正确供电，并且JTAG接口的电平参考电压与目标系统的电源电压相匹配。
• 2.在进行边界扫描测试时，需要确保目标器件的边界扫描单元已经正确连接，并且边界扫描寄存器（BSR）中的值能够正确反映目标器件的状态。
• 3.在进行系统内编程时，需要确保目标设备的芯片支持ISP功能，并且已经正确配置了编程所需的参数。
• 4.在使用JTAG接口进行调试时，需要注意保护目标系统的稳定性和安全性，避免因为不当操作导致系统崩溃或数据丢失。

6. 例题

6.1 例题1

• 1.题目

1.在嵌入式系统设计中，用来进行CPU调试的常用接口是(D)。
A.PCI接口
B.USB接口
C.网络接口
D.JTAG接口

• 2.解析

1.JTAG（Joint Test Action Group，联合测试工作组）是一种国际标准测试协议（IEEE 1149.1兼容），
主要用于芯片内部测试。
2.现在多数的高级器件都支持JTAG协议，如DSP、FPGA器件等。
3.标准的JTAG接口是4线：TMS、TCK、TDI、TDO，分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。