JTAG电路的工作原理.doc

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1、JTAG电路的工作原理1．JTAG电路简介JTAG的全称是JointTestActionGroup，即联合测试行动小组。目前，JTAG已成为一种国际标准测试协议，主要用于各类芯片的内部测试。现在大多数高级器件（包括FPGA、MCU、DSP以及CPU等）都支持JTAG协议，如FPGA、DSP器件等。标准的JTAG接口是4线接口：TMS、TCK、TDI以及TDO，分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出信号线。JTAG电路的功能模块如图5-4所示。图5-4JTAG电路的内部结构示意图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

2、（TestAccessPort，测试访问口）端口，通过专用的JTAG测试工具对进行内部节点进行测试。此外，JTAG协议允许多个器件通过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。此外，JTAG接口还常用于实现ISP（In-SystemProgrammable，在线编程），对FLASH等器件进行编程。JTAG在线编程的特征也改变了传统生产流程，将以前先对芯片进行预编程再装到板上的工艺简化为：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。2．JTAG边界扫描电路边界扫描测试（BST：BOUNDARYSEANTE

3、ST）一般采用4线接口（在5线接口中，有一条为主复位信号）。也可以通过PC机的RS-232接口就能模拟BST的功能。BST标准接口是用来对电路板进行测试的，可在器件正常工作时捕获功能数据。器件的边界扫描单元能够迫使逻辑追踪引脚信号，或从器件核心逻辑信号中捕获数据，再强行加入的测试数据串行第移入边界扫描单元，捕获的数据串行移出并在器件外不同预期的结果进行比较，根据比较结果给出扫描状态，以提示用户电路设计是否正确。典型边界扫描测试电路的结构如图5-5所示。图5-5JTAG链扫描结构示意图边界扫描测试提供了一个串行扫描路径，遵守IEEE规范的器件之间的引

4、脚连接情况。IEEE1149.1标准所规定的BST结构为：当器件工作在JTAGBST模式时，使用4个专用的I/O引脚和一个可选引脚TRST作为JTAG引脚。这4个专用I/O引脚为：TDI、TDO、TMS和TCK。所有JTAG引脚的核心功能如表5-2所列。表5-2JTAG管脚说明3．JTAG电路时序JTAG电路的时序如图5-6所示，所有基于JTAG的操作都必须同步于JTAG时钟信号TCK。在TCK的上升沿读取或输出有效数据，有严格的建立、保持时间要求，因此一般情况下JTAG的时钟不会太高。图5-6JTAG电路的时序关系示意图4．FPGA芯片中JTAG

5、扫描电路的工作流程JTAG边界扫描测试由测试访问端口的控制器管理，只要FPGA上电后电压正确，且JTAG链路完整，则JTAG电路可立即正常工作，清空JTAG配置寄存器等待外界响应，整体流程如图5-7所示。图5-7JTAG边界扫描流程示意图TMS、TRST和TCK引脚管理TAP控制器的操作，TDI和TDO为数据寄存器提供串行通道。TDI也为指令寄存器提供数据，然后为数据寄存器产生控制逻辑。对于选择寄存器、装载数据、检测和将结果移出的控制信号，由测试时钟（TCK）和测试模式（TMS）选择两个控制信号决定。在四线接口标准中，利用TDI，TDO，TCK，T

6、MS四个信号，它们合成为TAP测试处理端口（TestAccessPort），测试复位信号（TRST,一般以低电平有效）一般作为可选的第五个端口信号。5.2.2XilinxJTAG下载线下载线一端以JTAG的方式和FPGA/PROM芯片相连，另一端则通过USB/并口和计算机相连，为设计人员提供了由PC机配置FPGA/PROM芯片数据链路。本节介绍目前常用的Xilin下载线，以及简易下载线的制作坊法。1．Xilinx下载线介绍根据下载线和PC机连接方式的不同，可以将其分为USB下载线和并口下载线两大类。USB下载线速度快，稳定度高，当然价格也比较昂贵，

7、目前Xilinx公司提供的USB下载线的价格为149美元。并口下载线根据下载速度的不同，可分为ParallelCableIV（简称为PC4）和ParallelCableIII两类（简称为PC3）：其中PC4可适于Xilinx公司所有芯片，速度比PC3快8倍，价格大约为USB下载线的1/3；PC3采用简单的EPP模式，透过式实现，成本低廉，但下载速度缓慢，且不具备配置电压自适应的功能，已经不能用于Xilinx公司新型FPGA的开发，存在一定的应用局限性。无论那种下载线，在FPGA端都具有标准的4根JTAG接口、电源管脚以及地（VCC、GND、TCK、

8、TMS、TDI以及TDO），共6个信号端口，也被称为JTAG连接器。也有一种常见的10脚JTAG连接器，其中多了1个GND