JTAG-Konnektoren und -Schnittstellen

Erfahren Sie mehr über die Schnittstellen und Konnektoren, die zur Implementierung von JTAG verwendet werden.

In früheren Artikeln haben wir uns den ursprünglichen JTAG-Standard IEEE 1149.1 angesehen. Dazu gehörte der JTAG Test Access Port (TAP), der es dem Benutzer ermöglicht, eine Zustandsmaschine zu manipulieren, um auf Geräteinterna zuzugreifen und Boundary-Scan-Tests durchzuführen.

Aber während diese Informationen für das Verständnis von JTAG unerlässlich sind, ist es auch notwendig, die physische Seite zu verstehen, einschließlich der Anschlüsse und Pinbelegung, sowie der auf dem Markt erhältlichen kommerziellen JTAG-Schnittstellen. In diesem Artikel werden wir Abhilfe schaffen und JTAG insgesamt weniger theoretisch betrachten.

JTAG-Anschlüsse

Es gibt keinen Standardanschluss für JTAG. In den meisten Fällen handelt es sich bei dem „JTAG-Steckverbinder“ um einen Standard-Stiftkopf, wie z. Wie wir gesehen haben, sind nur vier (oder fünf) Pins erforderlich, um einen JTAG-TAP zu betreiben. Jedoch ein Gerät, das verwendet wird, um mit dem TAP zu „kommunizieren“ – eine sogenannte JTAG-Schnittstelle – benötigt auch Strom- und Masseverbindungen, und Designer können andere Verbindungen in den JTAG-Header aufnehmen, wenn sie dies wünschen.

Wie sollte ein Designer bei einem gegebenen Board JTAG-Zugang bereitstellen? Und wo sollten Sie bei einem neuen Board nach dem JTAG-Anschluss suchen?

Obwohl es keinen einheitlichen Header für JTAG-Schnittstellen gibt, sind mehrere Header-Typen unter den Herstellern mehr oder weniger standardisiert. Dazu gehören der ARM JTAG 20, der ARM JTAG 14, der TI JTAG 14, der STDC14 von STMicroelectronics, der OCDS 16-Pin Header [pdf] von Infineon, der CoreSight 10, der CoreSight 20, der MIPI 34 und der Mictor 38 Segger definiert seine J-Link- und J-Trace-Anschlüsse als nahezu identisch mit dem ARM JTAG 20.

Die meisten Stiftleisten sind ummantelte oder nicht ummantelte Stiftleisten mit 10, 14 oder 20 Stiften und 0,1" oder 0,05" Stiftabstand. Beispiele sind in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1. Gemeinsame Header, die für die Verbindung mit JTAG-Schnittstellen verwendet werden.

Die Pinbelegungen für verschiedene JTAG-Schnittstellen (oben verlinkt) sind in Abbildung 2 dargestellt. Hier finden Sie die Standard-Pins für JTAG (TDI, TDO, TCK, TMS, nTRST) sowie das serielle Wire-Debug (SWDIO, SWCLK, SWO .). ) und zusätzliche Funktionen zum Debuggen, wie Core Tracing.

Abbildung 2. Pinbelegungen verschiedener JTAG-Schnittstellen, in diesem Fall auf 0,1" ummantelten Stiftleisten gezeigt.

Besonders bemerkenswert unter den hinzugefügten Pins sind nSRST (vollständiger System-Reset), der das Ziel zum vollständigen Zurücksetzen erzwingt, und VTREF (Spannungszielreferenz), die mit der Zielversorgungsschiene für die Hardware-Pegelverschiebung der JTAG-Schnittstelle verbunden sind.

JTAG-Schnittstellen

Auf dem Markt sind mehrere JTAG-Schnittstellen (auch JTAG-Debug-Probes genannt) erhältlich. In der Open-Source-Hardware-Arena gibt es die Black Magic Probe oder BMP, entwickelt von 1BitSquared und Black Sphere Technologies, die als ARM-JTAG-Schnittstelle verwendet wird und von einer großen und aktiven Community unterstützt wird. Black Magic Probe kann sich auch auf jede JTAG-Schnittstelle beziehen, deren Firmware durch die Black Magic Probe-Firmware ersetzt wurde.

Zu den kommerziellen, weit verbreiteten Debug-Probes von Segger gehören der J-Link (in Abbildung 3 gezeigt) und der J-Trace, ein wesentlich fortschrittlicherer und leistungsfähigerer Debug-Probe, der für industrielle Anwendungen geeignet ist. Wo der J-Link unter einer Bildungslizenz für unter 100 US-Dollar oder für kommerzielle Anwendungen zwischen 400 und 1.000 US-Dollar erhältlich ist, kostet der J-Trace zwischen 1.700 und 2.500 US-Dollar.

Abbildung 3. Segger J-Link PRO Debugging-Probe und JTAG-Schnittstelle

Bestimmte Anbieter werden auch JTAG-Schnittstellen für ihre Produkte verkaufen. STMicroelectronics bietet die STLINK-Serie (einschließlich STLINK/V2 und STLINK-V3SET) für ihre STM8- und STM32-Produkte an, Atmel (jetzt Microchip) bietet den Atmel-ICE an, NXP hat die S32 Debug Probe – die Liste geht weiter.

FPGAs verwenden auch JTAG, um Bitströme auf Geräte/Speicher herunterzuladen, aber diese Schnittstellen werden häufiger als Download-Kabel bezeichnet. Beispiele sind das Platform Cable II von Xilinx und das FPGA-Downloadkabel von Altera, das früher als USB-Blaster II bekannt war und jetzt in Intel FPGA Download Cable II umbenannt wurde.

Was genau passiert in diesen Geräten, was sie so teuer macht? Welche Funktionen unterstützen sie und wie verwendet ein Designer sie? Wenn Sie in eine Low-End-Debug-Sonde schauen, finden Sie im Allgemeinen Folgendes:

• Ein Mikrocontroller als Haupt-JTAG-Controller
• Eine USB-Schnittstelle, die in den Mikrocontroller eingebettet sein kann oder separat beispielsweise in einem FTDI-Chip geliefert werden kann
• Level-Shifting-Schaltung für Logikkompatibilität
• Schaltkreis zum Aktivieren und Deaktivieren verschiedener Pfade, Pullups usw.

Und das ist es. Sehen Sie sich als Beispiel die Hardwaredateien von Black Magic Probe an, die auf Github verfügbar sind. Ein Großteil der Arbeit (und Kosten) entsteht auf der Softwareseite, die leistungsstarke (manchmal Echtzeit-) Debugging-Tools bereitstellt, die es einem Entwickler ermöglichen, das Beste aus der Arm CoreSight-Architektur herauszuholen.

Schlussfolgerung

Bis zu diesem Punkt haben wir den JTAG-Standard behandelt, einschließlich des Test Access Ports (TAP) und seiner Zustandsmaschine. In diesem Artikel haben wir uns die physische Seite von JTAG angesehen und die dem Designer verfügbaren Anschlüsse und Schnittstellen von Open Source bis hin zu kommerziellem High-End untersucht.

Von hier aus bleibt nur noch ein genauerer Blick auf die ARM CoreSight-Architektur und ihre Debug-Schnittstelle (ADI), die die immer häufiger werdende JTAG-Alternative für Serial Wire Debug (SWD) umfassen wird.