什么是JTAG口？今日帶你深度了解JTAG口

在FPGA研發(fā)及學(xué)習(xí)過(guò)程中，有一個(gè)關(guān)鍵步驟就是下板實(shí)現(xiàn)，做硬件“硬現(xiàn)”很重要，一般來(lái)說(shuō)用JTAG口比較常見(jiàn)一些，因此相信肯定有些大俠遇到過(guò)JTAG口失靈或者損壞無(wú)法使用的事情。最近我就遇到了這類事情，F(xiàn)PGA的JTAG口突然就不能下載程序了，而且這種事情已經(jīng)不是第一次了，之前在做項(xiàng)目的時(shí)候也出現(xiàn)過(guò)，而且出現(xiàn)的形式也極其相似，之前還用的好好的，第二天就不行了，真是讓人郁悶。為此，本人也是去嘗試了很多解決辦法，一開(kāi)始也沒(méi)有去設(shè)想是JTAG口壞了，于是乎，本人換了usb-blaster，可一點(diǎn)反應(yīng)也沒(méi)有。難道真的是JTAG口壞了？于是，本人就去查閱相關(guān)資料去搞清楚問(wèn)題的本質(zhì)在哪里，下面就是本人的一些收獲，分享出來(lái)，僅供各位大俠參考，一起交流學(xué)習(xí)。

根據(jù)查閱資料及本人的一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)所得，在使用JTAG下載接口的過(guò)程中，請(qǐng)不要隨意帶電插拔，否則會(huì)損壞FPGA芯片的JTAG口信號(hào)管腳。那么如何去確認(rèn)JTAG口已經(jīng)損壞了呢。首先你要去排除基本的幾項(xiàng)因素，一是，是否匹配連接，有很多設(shè)備會(huì)對(duì)應(yīng)很多接口，在實(shí)際條件下要匹配正確，否則也會(huì)出現(xiàn)上述情況；二是，排除下載線的問(wèn)題，如果是下載線壞了，可以使用多根下載線去嘗試，排除這類問(wèn)題。如果還是不能訪問(wèn)FPGA的JTAG口，那么很有可能你的FPGA芯片的JTAG口已經(jīng)損壞。此時(shí)請(qǐng)用萬(wàn)用表檢查T(mén)CK，TMS，TDO和Tdi是否和GND短路，如果任何一個(gè)信號(hào)對(duì)地短路則表示JTAG信號(hào)管腳已經(jīng)損壞。至于JTAG口是什么，這里我們也來(lái)探討一下，JTAG英文全稱是 Joint Test Action Group，翻譯過(guò)來(lái)中文就是聯(lián)合測(cè)試工作組。JTAG是一種IEEE標(biāo)準(zhǔn)用來(lái)解決板級(jí)問(wèn)題，誕生于20世紀(jì)80年代。今天JTAG被用來(lái)燒錄、debug、探查端口。當(dāng)然，最原始的使用是邊界測(cè)試。

1、邊界測(cè)試

舉個(gè)例子，你有兩個(gè)芯片，這兩個(gè)芯片之間連接了很多很多的線，怎么確保這些線之間的連接是OK的呢，用JTAG，它可以控制所有IC的引腳。這叫做芯片邊界測(cè)試。

2、JTAG引腳

JTAG發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)有腳了，通常四個(gè)腳：TDI，TDO，TMS，TCK，當(dāng)然還有個(gè)復(fù)位腳TRST。對(duì)于芯片上的JTAG的腳實(shí)際上是專用的。

TDI：測(cè)試數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)通過(guò)TDI輸入JTAG口；

TDO：測(cè)試數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)通過(guò)TDO從JTAG口輸出；

TMS：測(cè)試模式選擇，用來(lái)設(shè)置JTAG口處于某種特定的測(cè)試模式；

TCK：測(cè)試時(shí)鐘輸入；

TRST：測(cè)試復(fù)位。

CPU和FPGA制造商允許JTAG用來(lái)端口debug；FPGA廠商允許通過(guò)JTAG配置FPGA，使用JTAG信號(hào)通入FPGA核。

3、JTAG如何工作

PC控制JTAG：用JTAG電纜連接PC的打印端口或者USB或者網(wǎng)口。最簡(jiǎn)單的是連接打印端口。TMS：在每個(gè)含有JTAG的芯片內(nèi)部，會(huì)有個(gè)JTAG TAP控制器。TAP控制器是一個(gè)有16個(gè)狀態(tài)的狀態(tài)機(jī)，而TMS就是這玩意的控制信號(hào)。當(dāng)TMS把各個(gè)芯片都連接在一起的時(shí)候，所有的芯片的TAP狀態(tài)跳轉(zhuǎn)是一致的。下面是TAP控制器的示意圖：

改變TMS的值，狀態(tài)就會(huì)發(fā)生跳轉(zhuǎn)。如果保持5個(gè)周期的高電平，就會(huì)跳回test-logic-rest，通常用來(lái)同步TAP控制器；通常使用兩個(gè)最重要的狀態(tài)是Shift-DR和Shift-IR，兩者連接TDI和TDO使用。IR：命令寄存器，你可以寫(xiě)值到這個(gè)寄存器中通知JTAG干某件事。每個(gè)TAP只有一個(gè)IR寄存器而且長(zhǎng)度是一定的。DR：TAP可以有多個(gè)DR寄存器，與IR寄存器相似，每個(gè)IR值會(huì)選擇不同的DR寄存器。（很迷）

4、JTAG鏈相關(guān)疑問(wèn)

計(jì)算JTAG鏈中的IC數(shù)目：一個(gè)重要的應(yīng)用是IR值是全一值，表示BYPASS命令，在BYPASS模式中，TAP控制器中的DR寄存器總是單bit的，從輸入TDI到輸出TDO，通常一個(gè)周期，啥也不干?？捎肂YPASS模式計(jì)算IC數(shù)目。如果每個(gè)IC的TDI-TDO鏈的延遲是一個(gè)時(shí)鐘，我們可以發(fā)送一些數(shù)據(jù)并檢測(cè)它延遲了多久，那么久可以推算出JTAG鏈中的IC數(shù)目。得到JTAG鏈中的器件ID：大多數(shù)的JTAG IC都支持IDCODE命令。在IDCODE命令中，DR寄存器會(huì)裝載一個(gè)32bit的代表器件ID的值。不同于BYPASS指令，在IDCODE模式下IR的值沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)。不過(guò)每次TAP控制器跳轉(zhuǎn)到Test-Logic-Reset態(tài)，它會(huì)進(jìn)入IDCODE模式，并裝載IDCODE到DR。

5、邊界掃描：

TAP控制器進(jìn)入邊界掃描模式時(shí)，DR鏈可以遍歷每個(gè)IO塊或者讀或攔截每個(gè)引腳。在FPGA上使用JTAG，你可以知曉每個(gè)引腳的狀態(tài)當(dāng)FPGA在運(yùn)行的時(shí)候。可以使用JTAG命令SAMPLE，當(dāng)然不同IC可能是不同的。

如果JTAG口已經(jīng)損壞了，那只能“節(jié)哀順變”了，但是也不要只顧著傷心，最重要的是分析其中的原因，做其他事情也是一樣的道理。那我們就來(lái)分析分析，我們?cè)谑褂玫倪^(guò)程中，可能經(jīng)常為了方便，隨意插拔JTAG下載口，在大多數(shù)情況下不會(huì)發(fā)生問(wèn)題。但是仍然會(huì)有很小的機(jī)率發(fā)生下面的問(wèn)題，因?yàn)闊岵灏味a(chǎn)生的JTAG口的靜電和浪涌，最終導(dǎo)致FPGA管腳的擊穿。至此，也有人懷疑是否是盜版的USB Blaster或者ByteBlasterII設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，去除了保護(hù)電路導(dǎo)致的。但經(jīng)過(guò)很多實(shí)際情況的反饋，事實(shí)證明原裝的USB Blaster 也會(huì)發(fā)生同樣的問(wèn)題。也有人提出質(zhì)疑是否是ALTERA的低端芯片為了降低成本，F(xiàn)PGA的IO單元沒(méi)有加二極管鉗位保護(hù)電路。這類質(zhì)疑其實(shí)都不是解決問(wèn)題的本質(zhì)，最重要的是我們要規(guī)范操作，盡可能的去減少因?yàn)閷?shí)際操作不當(dāng)導(dǎo)致一些硬件設(shè)備、接口等提前結(jié)束壽命或“英年早逝”，那重點(diǎn)來(lái)了，關(guān)于JTAG下載口的使用，我們需要如何去規(guī)范操作呢。上電時(shí)的操作流程順序：

1.在FPGA開(kāi)發(fā)板及相關(guān)設(shè)備斷電的前提下，插上JTAG下載線接口；

2.插上USB Blaster或者ByteBlasterII的電纜；

3.接通FPGA開(kāi)發(fā)板的電源。

下電時(shí)的操作流程順序：

1.斷開(kāi)FPGA開(kāi)發(fā)板及相關(guān)設(shè)備的電源；

2.斷開(kāi)USB Blaster或者ByteBlasterII的電纜；

3.拔下JTAG下載線接口，并放置適宜地方存儲(chǔ)。

雖然上述的操作步驟有點(diǎn)繁瑣，有時(shí)我們?cè)谑褂玫臅r(shí)候也是不以為然，但是為了保證芯片不被損壞，建議大家還是中規(guī)中矩的按照上述的步驟來(lái)操作。本人上述出現(xiàn)的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)檢測(cè)后就是TCK跟GND短路了，雖然發(fā)生的概率不是很大，但是為了能夠更合理更長(zhǎng)久的的使用硬件相關(guān)設(shè)備，還是建議大家在實(shí)操過(guò)程中，不要擔(dān)心繁瑣，中規(guī)中矩操作，換個(gè)角度思考，“多磨多練”也是對(duì)自己有好處的。最后，還是給各位嘮叨一句，關(guān)于JTAG下載口的使用最好不要帶電熱插拔，起碼可以讓JTAG口“活”的久一些，畢竟長(zhǎng)情陪伴也是挺不錯(cuò)的，不要等到失去了才知道惋惜。
編輯：lyn