基于jtag的arm芯片系统调试

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1、摘 要：嵌入式ARM软、硬件调试技术依赖于ARM处理器调试硬件，本文在分析JTAG边界扫描结构的基础上，介绍了EmbeddedICE、嵌入式跟踪等实时调试技术，并给出了一个嵌入式调试开发系统的实例。　　关 键 词：ARM JTAG EmbeddedICE嵌入式跟踪　　1引言   　　32位ARM处理器是英国先进RISC机器公司（AdvancedRISCMachines，ARM）的产品。随着嵌入式处理器性能的逐步提高，运算速度越来越快、处理的数据量越来越大，传统的调试方法如ROM驻留监控程序以及串口调试工具已经不能满足要求。ARM处理器采用一种基于JTAG

2、的ARM的内核调试通道，它具有典型的ICE功能，基于ARM的包含有EmbeddedICE（嵌入式在线仿真器）模块的系统芯片通过JTAG端口与主计算机连接。通过配置支持正常的断点、观察点以及处理器和系统状态访问，完成调试。为了对代码进行实时跟踪，ARM的提供了嵌入式跟踪单元（EmbeddedTraceMacrocell），对应用程序的调试将更加全面。　　2JTAG边界扫描原理   　　“JTAG边界扫描”或IEEE1149标准[1]是由“测试联合行动组”（JointTestActionGroup，简称JTAG）开发的针对PCB的“标准测试访问接口和边界扫描

3、结构”的标准。这个标准是ARM处理器调试的基础。　　2.1硬件电路   　　JTAG边界扫描测试接口的一般结构[2]如图1所示。　　JTAG边界扫描硬件电路主要由三部分构成：   　　1)TAP控制器。测试访问端口（TAP）控制器，是由TMS控制状态转换的状态机。　　2)指令寄存器。用于存储JTAG边界扫描指令，通过它可以串行的输入并执行各种操作指令。　　3)数据寄存器。特定芯片的行为由测试指令寄存器的内容决定。测试指令寄存器可用来选择各种不同的数据寄存器。　　2.2边界扫描测试信号   　　支持这个测试标准的芯片必须提供5个专用信号接口：　　TRST：

4、测试复位输入信号，低电平有效，为TAP控制器提供异步初始化信号。　　TCK：JTAG测试时钟，独立于任何系统时钟，为TAP控制器和寄存器提供测试参考。　　TMS：TAP控制器的测试模式选择信号，控制测试接口状态机的操作。　　TDI：JTAG指令和数据寄存器的串行输入端，给边界扫描链或指令寄存器提供数据。　　TDO：TAG指令和数据寄存器的串行输出。　　2.3指令   　　JTAG测试系统是通过向指令寄存器送入指令，然后使用数据寄存器进行测试。测试指令说明要进行的测试种类及测试要使用的数据寄存器。测试指令分为公开指令和私有指令。公开指令已经定义且用于通用测

5、试。私用指令用于片上的专用测试，测试标准没有规定如何使用私有指令。测试标准支持的最小集的公开指令有：Ø　　BYPASS：器件将TDI经一个时钟延时连接到TDO，用于同一个测试环中其它器件的测试。　　EXTEST：将边界扫描寄存器连接到TDI和TDO之间，用于支持板级连接测试。　　IDCODE：将ID寄存器连接到TDI和TDO之间。通过它可以读出器件ID（厂家赋与的固定标识，包括产品编号及版本码）。　　INTEST：将边界扫描寄存器连接到TDI和TDO之间。　　3EmbeddedICE   　　ARM的EmbeddedICE调试结构[3]是一种基于JTAG

6、的ARM的内核调试通道，它是基于JTAG测试端口的扩展，引入了附加的断点和观测点寄存器，这些数据寄存器可以通过专用JTAG指令来访问，一个跟踪缓冲器也可用相似的方法访问。ARM核周围的扫描路径可以将指令加入ARM流水线并且不会干扰系统的其它部分。这些指令可以访问及修改ARM和系统的状态。由于EmbeddedICE条件断点，单步运行等功能的实现是基于片上JTAG测试访问端口进行调试，芯片不需要增加额外的引脚，避免使用笨重的、不可靠的探针接插设备完成调试。芯片中的调试模块与外部的系统时序分开，可以直接运行在芯片内部的独立时钟速度。　　3.1硬件结构   　　

7、EmbeddedICE模块包括两个观察点寄存器和控制与状态寄存器，还包括一个Debugcomms端口。当地址、数据和控制信号与观察点寄存器的编程数据相匹配时，也就是触发条件满足时，观察点寄存器可以中止处理器。由于比较是在屏蔽控制下进行的，因此当ROM或RAM中的一条指令执行时，任何一个观察点寄存器可配置为能够中止处理器的断点寄存器。   　　1)观察点　　每个观察点皆可以观察ARM地址总线、数据总线、和等信号的特定组合值。任何一个组合值与观察点寄存器值匹配则中止处理器。另外一种方式是把两个观察点链接起来，只有第一个观察点先匹配了，当第二个观察点再匹配时将

8、使处理器中止。　　2)寄存器   　　EmbeddedICE寄存器通过JTAG测