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你的設(shè)計為何出問題?也許是嵌入式JTAG接口惹的禍

發(fā)布時間:2017-02-14 責(zé)任編輯:susan

【導(dǎo)讀】通常所說的JTAG大致分兩類,一類用于測試芯片的電氣特性,檢測芯片是否有問題;一類用于Debug;一般支持JTAG的CPU內(nèi)都包含了這兩個模塊。

 
 
一個含有JTAG Debug接口模塊的CPU,只要時鐘正常,就可以通過JTAG接口訪問CPU的內(nèi)部寄存器和掛在CPU總線上的設(shè)備,如FLASH,RAM,SOC(比如4510B,44Box,AT91M系列)內(nèi)置模塊的寄存器,象UART,TImers,GPIO等等的寄存器。
 
上面說的只是JTAG接口所具備的能力,要使用這些功能,還需要軟件的配合,具體實現(xiàn)的功能則由具體的軟件決定。
 
例如下載程序到RAM功能。了解SOC的都知道,要使用外接的RAM,需要參照SOC DataSheet的寄存器說明,設(shè)置RAM的基地址,總線寬度,訪問速度等等。有的SOC則還需要Remap,才能正常工作。運行Firmware時,這些設(shè)置由Firmware的初始化程序完成。但如果使用JTAG接口,相關(guān)的寄存器可能還處在上電值,甚至?xí)r錯誤值,RAM不能正常工作,所以下載必然要失敗。要正常使用,先要想辦法設(shè)置RAM。在ADW中,可以在Console窗口通過Let 命令設(shè)置,在AXD中可以在Console窗口通過Set命令設(shè)置。
 
下面是一個設(shè)置AT91M40800的命令序列,關(guān)閉中斷,設(shè)置CS0-CS3, 并進行Remap,適用于AXD(ADS帶的Debug)
setmem 0xfffff124,0xFFFFFFFF,32 ---關(guān)閉所有中斷
setmem 0xffe00000,0x0100253d,32 ---設(shè)置CS0
setmem 0xffe00004,0x02002021,32 ---設(shè)置CS1
setmem 0xffe00008,0x0300253d,32 ---設(shè)置CS2
setmem 0xffe0000C,0x0400253d,32 ---設(shè)置CS3
setmem 0xffe00020,1,32 ---Remap
 
如果要在ADW(SDT帶的DEBUG)中使用,則要改為:
let 0xfffff124=0xFFFFFFFF ---關(guān)閉所有中斷
let 0xffe00000=0x0100253d ---設(shè)置CS0
let 0xffe00004=0x02002021 ---設(shè)置CS1
let 0xffe00008=0x0300253d ---設(shè)置CS2
let 0xffe0000C=0x0400253d ---設(shè)置CS3
let 0xffe00020=1 ---Remap
 
為了方便使用,可以將上述命令保存為一個文件config.ini, 在Console窗口輸入 ob config.ini 即可執(zhí)行。
 
使用其他debug,大體類似,只是命令和命令的格式不同。
 
設(shè)置RAM時,設(shè)置的寄存器以及寄存器的值必須和要運行程序的設(shè)置一致。一般編譯生成的目標(biāo)文件是ELF格式,或類似的格式,包含有目標(biāo)碼運行地址,運行地址在Link時候確定。Debug下載程序時根據(jù)ELF文件中的地址信息下載程序到指定的地址。如果在把RAM的基地址設(shè)置為0x10000000, 而在編譯的時候指定Firmware的開始地址在0x02000000, 下載的時候,目標(biāo)碼將被下載到0x02000000,顯然下載會失敗。
 
通過JTAG下載程序前應(yīng)關(guān)閉所有中斷,這一點和Firmware初始化時關(guān)閉中斷的原因相同。在使用JTAG接口的時候,各中斷的使能未知,尤其是FLASH里有可執(zhí)行碼的情況,可能會有一些中斷被使能。使用JTAG下載完代碼,要執(zhí)行時,有可能因為未完成初始化就產(chǎn)生了中斷,導(dǎo)致程序異常。所以,需要先關(guān)閉中斷,一般通過設(shè)置SOC的中斷控制寄存器完成。
 
使用JTAG寫Flash。在理論上,通過JTAG可以訪問CPU總線上的所有設(shè)備,所以應(yīng)該可以寫FLASH,但是FLASH寫入方式和RAM大不相同,需要特殊的命令,而且不同的FLASH擦除,編程命令不同,而且塊的大小,數(shù)量也不同,很難提供這一項功能。所以一般Debug不提供寫Flash功能,或者僅支持少量幾種Flash。
 
目前就我知道的,針對arm,只有FlashPGM這個軟件提供寫FLASH功能,但使用也非常麻煩。AXD,ADW都不提供寫FLASH功能。我寫Flash的方法時是,自己寫一個簡單的程序,專門用于寫目標(biāo)板的FLASH,利用JTAG接口,下載到目標(biāo)板,再把要燒寫的目標(biāo)碼裝成BIN格式,也下到目標(biāo)板(地址和燒FLASH的程序的地址不同),然后運行已經(jīng)下載的燒FLASH的程序。使用這種方式,比起FlashPGM的寫Flash,速度似乎要快一些。
 
關(guān)于簡單JTAG電纜
 
目前有各種各樣簡單JTAG電纜,其實只是一個電平轉(zhuǎn)換電路,同時還起到保護作用。JTAG的邏輯則由運行在PC上的軟件實現(xiàn),所以在理論上,任何一個簡單JTAG電纜,都可以支持各種應(yīng)用軟件,如Debug等。我就曾使用同一個JTAG電纜寫Xilinx CPLD,AXD/ADW調(diào)試程序。關(guān)鍵再于軟件的支持,大多數(shù)軟件都不提供設(shè)定功能,因而只能支持某種JTAG電纜。
 
關(guān)于簡單JTAG電纜的速度
 
JTAG是串行接口,使用打印口的簡單JTAG電纜,利用的是打印口的輸出帶鎖存的特點,使用軟件通過I/O產(chǎn)生JTAG時序。由JTAG標(biāo)準(zhǔn)決定,通過JTAG寫/讀一個字節(jié)要一系列的操作,根據(jù)我的分析,使用簡單JTAG電纜,利用打印口,通過JTAG輸出一個字節(jié)到目標(biāo)板,平均需要43個打印口I/O, 在我機器上(P4 1.7G),每秒大約可進行660K次 I/O 操作,所以下載速度大約在660K/43, 約等于15K Byte/S. 對于其他機器,I/O速度大致相同,一般在600K ~ 800K.
 
關(guān)于如何提高JTAG下載速度
 
很明顯,使用簡單JTAG電纜無法提高速度。要提高速度,大致有兩種辦法,
1.使用嵌入式系統(tǒng)提供JTAG接口,嵌入式系統(tǒng)和微機之間通過USB/Ethernet相連,這要求使用MCU。
2.使用CPLD/FPGA提供JTAG接口,CPLD/FPGA和微機之間使用EPP接口(一般微機打印口都支持EPP模式),EPP接口完成微機和CPLD/FPGA之間的數(shù)據(jù)傳輸,CPLD/FPGA完成JTAG時序。
 
這兩種方法本人都實現(xiàn)過。第一個方法可以達(dá)到比較高的速度,實測超過了200KByte/S(注意:是Byte,不是Bit);但是相對來說,硬件復(fù)雜,制造相對復(fù)雜。第二種相對來說,下載速度要慢一些,最快時達(dá)到96KByte/S,但電路簡單,制造方便,而且速度可以滿足需要。第二種方案還有一個缺點,由于進行I/O操作時,CPU不會被釋放,因此在下載程序時,微機CPU顯得很繁忙。
 
總的來說,本人認(rèn)為,對于個人愛好者來說,第二種方法更可取。
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