JTAG基本原理及仿真器性能比较基本原理及仿真器性能比较
JTAG(Joint Test Action Group，联合测试行动组)是一种国际标准测试协议(IEEE 1149.1兼容)。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的主要功能有
两种，或者说JTAG主要有两大类：一类用于测试芯片的电气特性，检测芯片是否有问题；另一类用于Debug，
对各类芯片以及其外围设备进行调试。一个含有JTAG Debug接口模块的CPU，只要时钟正常，就可以通过
JTAG接口访问CPU的内部寄存器、挂在CPU总线上的设备以及内置模块的寄存器。本文主要介绍的是Debug功
能。 1 JTAG原理分
JTAG(Joint Test Action Group，联合测试行动组)是一种国际标准测试协议(IEEE 1149.1兼容)。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的主要功能有两种，或者说JTAG主要有两大类：一类用于测试芯片的电气特性，检测芯片是否有问题；另一类用于
Debug，对各类芯片以及其外围设备进行调试。一个含有JTAG Debug接口模块的CPU，只要时钟正常，就可以通过JTAG接
口访问CPU的内部寄存器、挂在CPU总线上的设备以及内置模块的寄存器。本文主要介绍的是Debug功能。
1 JTAG原理分析原理分析
简单地说，JTAG的工作原理可以归结为：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
工具对内部节点进行测试和调试。首先介绍一下边界扫描和TAP的基本概念和内容。
1.1 边界扫描边界扫描
边界扫描(Boundary-Scan)技术的基本思想是在靠近芯片的输入／输出引脚上增加一个移位寄存器单元，也就是边界扫描寄存
器(Boundary-Scan Register)。
当芯片处于调试状态时，边界扫描寄存器可以将芯片和外围的输入／输出隔离开来。通过边界扫描寄存器单元，可以实现对芯
片输入／输出信号的观察和控制。对于芯片的输入引脚，可以通过与之相连的边界扫描寄存器单元把信号(数据)加载到该引脚
中去；对于芯片的输出引脚，也可以通过与之相连的边界扫描寄存器“捕获”该引脚上的输出信号。在正常的运行状态下，边界
扫描寄存器对芯片来说是透明的，所以正常的运行不会受到任何影响。这样，边界扫描寄存器提供了一种便捷的方式用于观测
和控制所需调试的芯片。另外，芯片输入／输出引脚上的边界扫描(移位)寄存器单元可以相互连接起来，任芯片的周围形成一
个边界扫描链(Boundary-Scan Chain)。边界扫描链可以串行地输入和输出，通过相应的时钟信号和控制信号，就可以方便地
观察和控制处在调试状态下的芯片。
1.2 测试访问口测试访问口TAP
TAP(Test Access Port)是一个通用的端口，通过TAP可以访问芯片提供的所有数据寄存器(DR)和指令寄存器(IR)。对整个TAP
的控制是通过TAP控制器(TAP Controller)来完成的。下面先分别介绍一下TAP的几个接口信号及其作用。其中，前4个信号在
IEEE1149.1标准里是强制要求的。
◇TCK：时钟信号，为TAP的操作提供了一个独立的、基本的时钟信号。
◇TMS：模式选择信号，用于控制TAP状态机的转换。
◇TDI：数据输入信号。
◇TDO：数据输出信号。
◇TRST：复位信号，可以用来对TAP Controller进行复位(初始化)。这个信号接口在IEEE 1149.1标准里并不是强制要求的，
因为通过TMS也可以对TAP Controller进行复位。
◇STCK：时钟返回信号，在IEEE 1149.1标准里非强制要求。
◇DBGRQ：目标板上工作状态的控制信号。在IEEE 1149.1标准里没有要求，只是在个别目标板(例如STR710)中会有。
简单地说，PC机对目标板的调试就是通过TAP接口完成对相关数据寄存器(DR)和指令寄存器(IR)的访问。
系统上电后，TAP Controller首先进入Test-LogicReset状态，然后依次进入Run-Test／Idle、Select-DR- Scan、Select-IR-
Scan、Capture-IR、Shift-IR、Exitl-IR、Update-IR状态，最后回到Run-Test／Idle状态。在此过程中，状态的转移都是通过
TCK信号进行驱动(上升沿)，通过TMS信号对TAP的状态进行选择转换的。其中，在Capture-IR状态下，一个特定的逻辑序列
被加载到指令寄存器中；在Shift-IR状态下，可以将一条特定的指令送到指令寄存器中；在Update-IR状态下，刚才输入到指令
寄存器中的指令将用来更新指令寄存器。最后，系统又回到Run-Test／Idle状态，指令生效，完成对指令寄存器的访问。当系
统又返回到Run-Test／Idle状态后，根据前面指令寄存器的内容选定所需要的数据寄存器，开始执行对数据寄存器的工作。其
基本原理与指令其存器的访问完全相同，依次为Select-DR-Scan、Capture-DR、Shift-D、Exit1-DR、Update-DR，最后回到
Run-Test／Idle状态。通过TDI和TDO，就可以将新的数据加载到数据寄存器中。经过一个周期后，就可以捕获数据寄存器中
的数据，完成对与数据寄存器的每个寄存器单元相连的芯片引脚的数据更新，也完成了对数据寄存器的访问。
目前，市场上的JTAG接口有14引脚和20引脚两种。其中，以20引脚为主流标准，但也有少数的目标板采用14引脚。经过简
单的信号转换后，可以将它们通用。
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