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JTAG口及其對Flash的在線編程
摘要：通過JTAG實現對Flash在線編程。首先，介紹JTAG的定義、結構及引腳的定義，并闡述JTAG狀態機的工作原理。然后，介紹JTAG口的邊界掃描寄存器，給出實現JTAG在線寫Flash的電路，和如何通過JTAG實現Flash的編程及程序流程圖。關鍵詞：JTAG Flash 在線編程
隨著嵌入式技術的發展，在一些高端的掌上設備中，都使用了Flash芯片，如Compaq的iPAQ、聯想的天祺系列等產品。但對于研發人員來說，在開發階段需要大量的程序調試，就意味著要對Flash進行擦除和改寫的工作，因此，如何對Flash進行在線編程是問題的關鍵所在。本文介紹一種通過JTAG對Flash進行的在線編程方法。
1 JTAG簡介
JTAG（Joint Test Action Group）是1985年制定的檢測PCB和IC芯片的一個標準，1990年被修改后成為IEEE的一個標準，即IEEE1149.1-1990。通過這個標準，可對具有JTAG口芯片的硬件電路進行邊界掃描和故障檢測。
圖1 TAP控制器的狀態機框圖
具有JTAG口的芯片都有如下JTAG引腳定義：
TCK——測試時鐘輸入；
TDI——測試數據輸入，數據通過TDI輸入JTAG口；
TDO——測試數據輸出，數據通過TDO從JTAG口輸出；
TMS——測試模式選擇，TMS用來設置JTAG口處于某種特定的測試模式。
可選引腳TRST——測試復位，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內部有一個狀態機，稱為TAP控制器。TAP控制器的狀態機通過TCK和TMS進行狀態的改變，實現數據和指令的輸入。圖1為TAP控制器的狀態機框圖。
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2 JTAG芯片的邊界掃描寄存器
JTAG標準定義了一個串行的移位寄存器。寄存器的每一個單元分配給IC芯片的相應引腳，每一個獨立的單元稱為BSC（Boundary-Scan Cell）邊界掃描單元。這個串聯的BSC在IC內部構成JTAG回路，所有的BSR（Boundary-Scan Register）邊界掃描寄存器通過JTAG測試激活，平時這些引腳保持正常的IC功能。圖2為具有JTAG口的IC內部BSR單元與引腳的關系。
3 JTAG在線寫Flash的硬件電路設計和與PC的連接方式
以含JTAG接口的StrongARM SA1110為例，Flash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，通過程序將對JTAG口的控制指令和目標代碼從PC的并口寫入JTAG的BSR中。在設計PCB時，必須將SA1110的數據線和地址線及控制線與Flash的地線線、數據線和控制線相連。因SA1110的數據線、地址線及控制線的引腳上都有其相應BSC，只要用JTAG指令將數據、地址及控制信號送到其BSC中，就可通過BSC對應的引腳將信號送給Flash，實現對Flash的操作。JTAG的系統板設計和連線關系如圖3所示。
4 通過使用TAP狀態機的指令實行對Flash的操作
通過TCK、TMS的設置，可將JTAG設置為接收指令或數據狀態。JTAG常用指令如下：
SAMPLE/PRELOAD——用此指令采樣BSC內容或將數據寫入BSC單元；
EXTEST——當執行此指令時，BSC的內容通過引腳送到其連接的相應芯片的引腳，我們就是通過這種指令實現在線寫Flash的；
BYPASS——此指令將一個一位寄存器軒于BSC的移位回路中，即僅有一個一位寄存器處于TDI和TDO之間。
在PCB電路設計好后，即可用程序先將對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、數據及控制線信號入BSR中，并將數據鎖存到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PC的并口初始化，對JTAG口復位和測試，并讀Flash，判斷是否加鎖。如加鎖，必須先解鎖，方可進行操作。寫Flash之前，必須對其先擦除。將JTAG芯片設置在EXTEST模式，通過PC的并口，將目標文件通過JTAG寫入Flash，并在燒寫完成后進行校驗。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); //退出數據寄存器
putp(1,1,IP); //更新數據寄存器
putp(1,0,IP); //Run-Test/Idle,使JTAG復位
putp(1,0,IP); //Run-Test/Idle
putp(1,0,IP); //Run-Test/Idle
}
6 電路設計和編程中的注意事項
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在擦寫和編程時所需的工作電流較大，在選用系統的供電芯片時，必須加以考慮。
④為提高對Flash的編程速度，盡量使TCK不低于6MHz，可編寫燒寫Flash程序時實現。
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