SoC接口技術(shù)之低速接口分析（下）

4.協(xié)議解析

JTAG協(xié)議核心是三個(gè)寄存器和TAP狀態(tài)機(jī)。作為DEBUG的JTAG接口會(huì)在DAP中利用旁路寄存器將JTAG協(xié)議轉(zhuǎn)換為APB協(xié)議。作為DFT的JTAG接口會(huì)直接利用數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行邊界掃描。

JTAG協(xié)議通過TMS信號(hào)控制TAP狀態(tài)機(jī)的轉(zhuǎn)換。

系統(tǒng)上電后，TAP Controller首先進(jìn)入Test-LogicReset狀態(tài)，然后依次進(jìn)入Run-Test/Idle、Selcct-DR- Scan、Select-IR-Scan、Capture-IR、Shift-IR、Exitl-IR、Update-IR狀態(tài)，最后回到Run- Tcst/Idle狀態(tài)。

在此過程中，狀態(tài)的轉(zhuǎn)移都是通過TCK信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)（上升沿），通過TMS信號(hào)對(duì)TAP的狀態(tài)進(jìn)行選擇轉(zhuǎn)換的。

其中，在 Capture-IR狀態(tài)下，一個(gè)特定的邏輯序列被加載到指令寄存器中;在Shift-IR狀態(tài)下，可以將一條特定的指令送到指令寄存器中;在 Update—IR狀態(tài)下，剛才輸入到指令寄存器中的指令將用來更新指令寄存器。

最后，系統(tǒng)又回到Run—Test/Idle狀態(tài)，指令生效，完成對(duì)指令 寄存器的訪問。當(dāng)系統(tǒng)又返回到Run—Test/Idle狀態(tài)后，根據(jù)前面指令寄存器的內(nèi)容選定所需要的數(shù)據(jù)寄存器，開始執(zhí)行對(duì)數(shù)據(jù)寄存器的工作。

其基本 原理與指令寄存器的訪問完全相同，依次為seIect—DR—Scan、Capture—DR、Shift—D、Exitl一DR、Update—DR， 最后回到Run-Tcst/Idle狀態(tài)。通過TDl和TDO，就可以將新的數(shù)據(jù)加載到數(shù)據(jù)寄存器中。經(jīng)過一個(gè)周期后，就可以捕獲數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)，完成對(duì)與數(shù)據(jù)寄存器的每個(gè)寄存器單元相連的芯片引腳的數(shù)據(jù)更新，也完成了對(duì)數(shù)據(jù)寄存器的訪問。

5.SBW_JTAG

JTAG接口除了標(biāo)準(zhǔn)的4信號(hào)引腳外，TI還支持2信號(hào)引腳的SBW_JTAG。SBW_JTAG僅使用SBWTCK和SBWTDIO信號(hào)，常用于引腳受限芯片上。

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I2C

1.名詞解釋

I2C總線全稱Integrated Circuit，中文名I方C總線。

2. 歷史由來

I2C 總線是由 Philips 公司開發(fā)的一種簡(jiǎn)單、雙向二線制同步串行總線。

3.應(yīng)用場(chǎng)景

I2C總線大量用于Host與外部設(shè)備的連接，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)布線。I2C是雙向二線制同步串行總線，每次可傳輸NByte數(shù)據(jù)，支持100kbps/400kbps/3.4Mbps/5Mbps速率。I2C總線包含兩條信號(hào)線，串行數(shù)據(jù)SDA和串行時(shí)鐘SCL。I2C的一個(gè)總線上可以掛在多個(gè)主機(jī)和多個(gè)設(shè)備，每次數(shù)據(jù)傳輸都是由主機(jī)發(fā)起，且由主機(jī)提供時(shí)鐘。

4. 協(xié)議解析

I2C傳輸是以8bit為單元傳輸數(shù)據(jù)的，每個(gè)8bit單元數(shù)據(jù)后必須緊跟1bit回應(yīng)數(shù)據(jù)。I2C的每筆傳輸包含四個(gè)階段：

（1）開始信號(hào)（S）：SCL為高電平時(shí)，SDA高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。

（2）結(jié)束信號(hào)（P）：SCL為高電平時(shí)，SDA由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。

（3）響應(yīng)信號(hào)(ACK)：接收器在接收到8位數(shù)據(jù)后，在第9個(gè)時(shí)鐘周期，拉低SDA。

（4）數(shù)據(jù)信號(hào)(DAT): 必須為8bit，傳輸時(shí)先傳輸最高位（MSB），之后必須緊跟著ACK信號(hào)。

此外，每筆傳輸?shù)牡谝粋€(gè)8bit數(shù)據(jù)被用來作為，設(shè)備地址和訪問類型。

寫數(shù)據(jù)

若配置的方向傳輸位為“寫數(shù)據(jù)”方向，即第一幅圖的情況，廣播完地址，接收到應(yīng)答信號(hào)后，主機(jī)開始正式向從機(jī)傳輸數(shù)據(jù)(DATA)，數(shù)據(jù)包的大小為8 位，主機(jī)每發(fā)送完一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，都要等待從機(jī)的應(yīng)答信號(hào)(ACK)，重復(fù)這個(gè)過程，可以向從機(jī)傳輸N 個(gè)數(shù)據(jù)，這個(gè)N 沒有大小限制。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束時(shí)，主機(jī)向從機(jī)發(fā)送一個(gè)停止傳輸信號(hào)(P)，表示不再傳輸數(shù)據(jù)。

讀數(shù)據(jù)

若配置的方向傳輸位為“讀數(shù)據(jù)”方向，即第二幅圖的情況，廣播完地址，接收到應(yīng)答信號(hào)后，從機(jī)開始向主機(jī)返回?cái)?shù)據(jù)(DATA)，數(shù)據(jù)包大小也為8 位，從機(jī)每發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)，都會(huì)等待主機(jī)的應(yīng)答信號(hào)(ACK)，重復(fù)這個(gè)過程，可以返回N 個(gè)數(shù)據(jù)，這個(gè)N 也沒有大小限制。當(dāng)主機(jī)希望停止接收數(shù)據(jù)時(shí)，就向從機(jī)返回一個(gè)非應(yīng)答信號(hào)(NACK)，則從機(jī)自動(dòng)停止數(shù)據(jù)傳輸。

讀和寫數(shù)據(jù)

除了基本的讀寫，I2C 通訊更常用的是復(fù)合格式，即第三幅圖的情況，該傳輸過程有兩次起始信號(hào)(S)。一般在第一次傳輸中，主機(jī)通過 SLAVE_ADDRESS 尋找到從設(shè)備后，發(fā)送一段“數(shù)據(jù)”，這段數(shù)據(jù)通常用于表示從設(shè)備內(nèi)部的寄存器或存儲(chǔ)器地址(注意區(qū)分它與SLAVE_ADDRESS 的區(qū)別)；在第二次的傳輸中，對(duì)該地址的內(nèi)容進(jìn)行讀或?qū)?。也就是說，第一次通訊是告訴從機(jī)讀寫地址，第二次則是讀寫的實(shí)際內(nèi)容。

以上通訊流程中包含的各個(gè)信號(hào)分解如下：

通訊的起始和停止信號(hào)

前文中提到的起始(S)和停止(P)信號(hào)是兩種特殊的狀態(tài)，見圖 24-5。當(dāng) SCL 線是高電平時(shí) SDA 線從高電平向低電平切換，這個(gè)情況表示通訊的起始。當(dāng) SCL 是高電平時(shí) SDA線由低電平向高電平切換，表示通訊的停止。起始和停止信號(hào)一般由主機(jī)產(chǎn)生。

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CAN

1.名詞解釋

CAN總線全稱Controller Area Network，中文名控制器局域網(wǎng)絡(luò)。

2.歷史由來

CAN總線由以研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國(guó)BOSCH公司開發(fā)的，并最終成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO 11898），是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。

3.應(yīng)用場(chǎng)景

CAN總線采用差分信號(hào)線CAN_L和CAN_H進(jìn)行通信，最高支持1Mbps的通信速率。CAN總線采用多主控（Multi-Master）線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，加入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)備均可以向總線發(fā)送廣播消息，其他設(shè)備通過ID過濾掉不感興趣的消息。CAN總線按照幀為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)幀支持1-8Byte數(shù)據(jù)傳輸。

4.協(xié)議解析

CAN總線基于多路載波偵聽+基于消息優(yōu)先級(jí)的沖突檢測(cè)和非破壞性的仲裁機(jī)制，所有節(jié)點(diǎn)必須都等到總線處于空閑狀態(tài)時(shí)才能往總線上發(fā)送消息，多個(gè)節(jié)點(diǎn)往總線上發(fā)送消息時(shí)具備最高優(yōu)先級(jí)的消息獲得總線。

通過ID仲裁，ID數(shù)值越小，報(bào)文優(yōu)先級(jí)越高。

CAN總線通過過采樣技術(shù)進(jìn)行位同步，CAN控制器工作的最小時(shí)間單位（CAN時(shí)鐘周期）稱為時(shí)間份額，一個(gè)位包含多個(gè)CAN時(shí)鐘周期。

為了實(shí)現(xiàn)位同步，CAN協(xié)議把每一位的時(shí)序分解成下圖所示的四段。這四段的長(zhǎng)度加起來即為一個(gè)CAN數(shù)據(jù)位的長(zhǎng)度。一個(gè)完整的位由8-25個(gè)Tq組成。

當(dāng)總線上出現(xiàn)幀起始信號(hào)（SOF，即隱性到顯性的邊沿）時(shí)，其他節(jié)點(diǎn)的控制器根據(jù)總線上的這個(gè)下降沿對(duì)自己的位時(shí)序進(jìn)行調(diào)整，把該下降沿包含到SS段內(nèi)。這樣根據(jù)起始幀來進(jìn)行的同步稱為硬同步。因?yàn)橛餐綍r(shí)只是在有幀起始信號(hào)時(shí)起作用，無法確保后續(xù)一連串的位時(shí)序都是同步的，所以CAN引入了重新同步的方式。在檢測(cè)到總線上的時(shí)序與節(jié)點(diǎn)使用的時(shí)序有相位差時(shí)（即總線上的跳變沿不在節(jié)點(diǎn)時(shí)序的SS段范圍），通過延長(zhǎng)PBS1段或縮短PBS2段來獲得同步，這樣的方式稱為重新同步。

CAN一共規(guī)定了5中類型的幀，幀也稱為報(bào)文。數(shù)據(jù)幀在CAN通信中最主要，也最復(fù)雜。數(shù)據(jù)幀以一個(gè)顯性位（邏輯0）開始，以7個(gè)連續(xù)的隱性位（邏輯1）結(jié)束。CAN總線的數(shù)據(jù)幀有標(biāo)準(zhǔn)格式（Standard Format）和擴(kuò)展格式（Extended Format）的區(qū)分。