嵌入式系统中的JTAG接口编程技术.doc

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1、嵌入式系统中的JTAG接口编程技术2006.05.07中国科学院声学研究所（100084）何希顺清华大学自动化系（100084）张跃何荣森　来自：电子技术应用   摘要：分析发嵌入式系统开发中常用的三种芯片编程方法，介绍了JTAG接口的标准，工作原理及在芯片中的实现，根据JTAG接口所提供的边界扫描功能，通过PC机并行接口模拟JTAG接口的时序，实现了使用目标系统中微处理器的JTAG接口对系统程序存储器FLASH的编程。   关键词：嵌入式系统JTAG（JointtestactionGroup）联合测试行为组织编程器StrongARM

2、手持设备随着手持式电子设备的迅猛发展，手机，PDA、掌上电脑，电子书和数码相机等正在快步走进人们的日常生活，这一类电子产品同属于嵌入式系统的范畴，都是以高性能的微机处理器为核心扩展相应的应用程序，实现电子设备的各种功能。由于是手持设备，因而要求体积小、重量轻，耗电少，这些特点决定了设备内部的印刷板的尺寸比常规的电子设备小的多，而且元器件密度大，双面贴装。这给设计人员带来了若干问题，如操作系统代码和应用程序的写入，板上芯片的测试等。本文作者结合实际工作，就嵌入式系统中如何通过JTAG接口进行FLASH芯片编程作了探讨。1几种常用字芯片编

3、程方法在嵌入式系统开发和产品生产过程中，对系统程序存储器编程主要使用三种编程方法，通过编程器编程、使用板上编程器编程和在系统编程。1.1通过编程器编程这是在PROM、EPROM、PQL等芯片游行时常用的编程方法。即在可编程芯片焊装到电路板之前，使用专门的编程器对芯片进行代码或数据的写入，然后将已编程的芯片安装到电路板上。使用编程器编程特别适用于DIP封装的芯片。如是是其它类型的封装，则必须使用相应的适配器。这种方法的缺点滴是零要手工进行待编程芯片的插入，锁定等工作，容易造成芯片的方向错误、引脚错位等，导致编程效率降低。1.2使用板上编

4、程器编程（OBP）这种方法是在电路板上所有的芯片都已经焊接完毕后，再对电路板上的可编程芯片进行编程。通过专用电缆将电路板与外部计算机连接，由于计算机的应用程序进行板上可编程芯片的代码或数据写入。芯片擦除编程所需用的电源、控制信号、地址、数据和相关的命令都由板外的编程控制器提供，在进行板上编程时，需要通过专门的辅助电路关断目标板上CPU的电源或将其外部接口信号设置为高阻状态，以免与编程时的地址、数据和控制信号发生冲突。在板上编程可以克服芯片引脚错位，方向插反等问题，避免烧毁芯片，编程错误，保证了芯片编程的高成功率和可靠性。另一个优点就是

5、及时软件升级，可以做到在产品出厂之时系统使用最新版本的固化软件。这对于日新月异的手持电子设备而言是必须的。这种方法的缺点是需要在电路板上设计编程用的接口、隔离等辅助电路，在编程时通过跳线或FET开关时进编程与正常工作的状态转换。这样会增加每个电路板芯片的数量，造成产品成本的增加。1.3在系统编程（ISP、ISW）这种方法直接利用系统中带有JTAG接口的器件，如CPU、CPLD、FPGA等，执行对系统程序存储芯片的内容和擦除和编程操作。一般而言，高档的微处理器都带有JTAG接口，系统程存储器的数据总线，地址总线和控制接口直接接在微处理器

6、上。编程时，使用PC机内插卡或并行的接口通过专用电缆将系统电路板与PC机联系起来，在PC机上运行相关的程序，将编程数据及控制信号传送到JTAG接口的芯片上，利用相应的指令从微处理器的引脚按照FLASH芯片的编程时序输出到FLASH存储器。这种编程方法的条件是系统中必须存在带有JTAG接口或与之兼容的芯片如微处理器。优点是系统板上不需要增加其它于编程有关的辅助电路。减小了电路板的尺寸，避免了对微小封装芯片的手工处理，特别适用于电路板尺寸有严格限制的手持设备。2JGAG接口介绍面对复杂电路的设计、整版测试的难度及表面的贴装技术带来的有限测

7、试引脚下等问题，业界不得不寻找一个标准加以解决。JTAG边界扫描即IEEE1149。1标准，该测试标准定义了用于解决上述问题的硬件结构和工作机制。其优点在于将极其复杂的电路板测试转弯成具有良好的结构性、可以通过软件简单而灵活处理。它虽然是一个主要用于片上电路的测试标准，但却打开了各种相关应用的大门。这个标准定义了可用于完成功能和互连测试以及内建自测过程的各种指令。芯片生产厂商如ALTERA、XILINX、ATMEL、AMD、TI等对标准进行了扩充，使用专用的扩展指令执行维护和诊断应用及对可配置器件的可编程算法，使JTAG接口广泛用于F

8、LASH系列芯片的编程。概括起来，JTAG接口主要应用于：电路的边界扫描测试和可编程芯片的在系统编程。2．1JTAG的结构在硬件结构上，JTAG的接口包括两个部分，JTAG端口和控制器。与JTAG接口兼容的器件可以是微处