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JTAG基本原理与调试

2019-07-13 20:54发布

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JTAG(Joint Test Action Group)联合测试行动小组)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。现在多数的高级器件都支持JTAG协议，如DSP、FPGA器件等。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。   　　JTAG最初是用来对芯片进行测试的，基本原理是在器件内部定义一个TAP（Test Access Port?测试访问口）通过专用的JTAG测试工具对进行内部节点进行测试。JTAG测试允许多个器件通过JTAG接口串联在一起，形成一个JTAG链，能实现对各个器件分别测试。现在，JTAG接口还常用于实现ISP（In-System Programmable?在线编程），对FLASH等器件进行编程。   　　JTAG编程方式是在线编程，传统生产流程中先对芯片进行预编程实现再装到板上因此而改变，简化的流程为先固定器件到电路板上，再用JTAG编程，从而大大加快工程进度。JTAG接口可对PSD芯片内部的所有部件进行编程
  上面的信息是从度娘百科引用过来的，对于jtag没有了解过的人来说，上面的大部分内容都不知道说什么，当然，我是一开始看的时候也看不懂。 不过从上面得出来的信息知道，jtag是一个协议，标准有4个引脚，用于芯片的测试与编程调试。   jtag是有硬件实现的。 在cpu（注意：这里的cpu是指运算处理单元，只包含了内部寄存器以及运算单元等基本部件）外围，处理器（即cpu扩展芯片，不是soc）内部包含了jtag的硬件实现，并且向外界提供接口，也就是上面所说的TMS，TCK，TDI，TDO，四个引脚。 如图：   边界扫描链 jtag如何用于芯片测试呢？　其中用到的最主要部件就是边界扫描链。 命名为边界扫描链，是由于它位置处于处理器的边界上。 我们知道cpu是通过引脚与外围交流的，所有的数据都会通过引脚输入或者输出，而jtag就是通过监控引脚的信号达到芯片测试的目的。 而边界扫描链就是在引脚上的一个部件。如下图：   通过边界扫描链，当有信号输入的时候，边界扫描链就能获取信号，当cpu要输出信号的时候，边界扫描链也能获取要输出的信号。 另外也可以通过边界扫描链来直接向外部输出信号。 无论是信号的抓取还是输出，都需要有接口来保存这些信号，TDI跟TDO就是做这样一些工作的。 如图： 本来边界扫描链保存着引脚上的信号，当通过TDI引脚输入我们自己的信号的时候，会发生沿上面红线方向的移位操作， 　　　　　　　　TDI ——〉 边界扫描链 —— 〉 TDO 就能从TDO获取边界扫描链上的信号，我们从TDI输入的信号也会到边界扫描链上去。 在cpu跟外界通信的引脚上的数据无非就是 指令 跟 数据信号（包括地址跟数据） 两种。但是这两者的结合形成了一个完整的程序，能对它们进行监控就表明我们能进行程序的调试。   上面的只是jtag最基本的原理，要对程序更好的调试还需要控制部件，还有更多寄存器的结合等等。 下面是一个完整的jtag调试部件： 更详细的jtag信息可以看看http://www.micetek.com.cn/technic/jtag.pdf    
下面来讲讲arm上的jtag调试，openocd就是一个jtag的调试工具 以下基于s3c2440，openocd   我们在调试程序的时候，通常需要设置断点，断点也就是指令所在的位置， 断点分为两种：硬件断点跟软件断点 　　硬件断点：指令的地址。当cpu要去某个地址取指令的时候，就暂停cpu的运行。在s3c2440上只支持两个硬件断点 　　软件断点：软件断点不限制断点的个数，因此硬件断点的方法是不可用的。当我们需要在某个指令上打断点的时候，openocd会先去取得断点的地址，然后把每个断点处的值替换成某个特定的值（如deeedeee），当cpu取数据的时候得到该特定的值，就知道到达了断点地址，暂停cpu的运行，去除断点的时候再把原本的值换回去。如果没指定硬件断点的话，一般都默认是软件断点。   另外openocd对于软件断点有特定的要求： 　　1.程序必须位于它的链接地址上，即如果指定了. = 0x30000000,那么程序必须实际上是位于0x30000000这个地方，也就是说程序必须已经重定位好，位于它的链接地址。 　　2.程序必须按照某种特定的顺序排放： SECTIONS{ . = 0x30000000; .text :{ head.o(.text) init.o(.text) nand.o *(.text) } .rodata ALIGN(4) : {*(.rodata)} .data ALIGN(4) : {*(.data)} .bss ALIGN(4) : {*(.bss) *(COMMON)} }   gdb调试就是基于软件断点的调试，我们可以用gdb对程序代码的某一行进行断点设置，那么它是如何定位到某个指令的地址的？ 这就需要有调试信息，也就是在编译的时候加上 -g 给程序添加调试信息。   eclipse对gdb进行了进一步的封装（GUI），我们可以通过对eclipse进行某些设置达到调试arm程序的目的。 1.首先把文件加入工程 2.设置调试配置： 　　点工具栏上的小虫子 　　Debug Configurations... 　　新建一个调试配置 　　选择选项卡Main，在C/C++ Application:　　选项上选择要调试的elf文件 　　选择选项卡Debugger，GDB debugger： 选择为arm-elf-gdb 　　选择选项卡Commands， 'Initialize'conmmands 下输入命令：   　　　　target remote 127.0.0.1:3333　　　　//连接openocd 　　　　load　　　　　　　　　　　　　　　　//加载程序到内存 　　　　break _start　　　　　　　　　　　　//设置断点到_start 　　　　c　　　　　　　　//continue继续执行   　　然后Apply ，最后Debug开始调试 3.当然，上述程序是在内存执行的，但是开发板一开始的时候内存还没初始化，是不可用的，因此我们需要先设置内存 　　在openocd的命令控制台上（telnet 127.0.0.1 4444进入openocd控制台）   　　　　halt　　　　//暂停cpu 　　　　load_image　　init.bin　　0 　　//加载内存初始化程序 init.bin 到 0 地址 　　　　resume 　0　　　　//在0地址开始运行 　　　　halt　　//暂停cpu     　　然后就可以Debug了   Debug时，当运行到断点处的时候，我们可以看到某些寄存器或者变量的值，这些值在eclipse上显示：    

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