利用MxTNI JTAG库和SVF文件编程Xilinx PROM器件
描述
本应用笔记阐述了如何利用MxTNI™ JTAG库以及串行向量格式(SVF)文件来编程Xilinx® PROM器件。假定读者已经对JTAG和可编程逻辑器件有了一定认识。
介绍
Maxim微型网络接口(MxTNI)是Dallas Semiconductor (Maxim Integrated的全资子公司)开发的一个平台。它包含了一套小型却功能强大的芯片组以及Java®可编程虚拟机。芯片组具有处理、控制、器件级通信和网络互连的能力。为了和任何JTAG器件通信，TINIs400适配板在J21端具有4引脚JTAG输出。 这些引脚将直接连到JTAG器件上标准JTAG引脚TDI、TDO、TMS和TCK。
在系统编程PROM可以进行单独编程，或者级连编程。链中的所有器件共享TCK和TMS信号。MxTNI的TDI信号接到边界扫描链中第一个器件的TDI输入端。第一个器件的TDO信号接到链中第二个器件的TDI输入上，如此连接下去。链中的最后一个器件的TDO输出接到MxTNI的TDO引脚上，见图1所示。
图1. 所有JTAG操作都通过器件的测试访问端口进行控制
所有JTAG操作都是由器件的测试访问端口(TAP)控制的。TAP包括四个信号：TMS、TDI、TDO和TCK。 这些信号通过TAP控制器，即16状态有限状态机与器件相互作用。JTAG的TMS信号控制状态间的转换。指令和数据由TDI引脚移入器件，并由TDO引脚移出。TDI和TDO信号的所有状态转换和行为都与TCK同步。见 图2 。
图2.
所有JTAG操作都是将数据移入或移出JTAG指令和数据寄存器。TAP控制器可对所有这些寄存器直接访问。有两类JTAG寄存器：指令寄存器(IR)和数据寄存器(DR)。访问IR通过移位-IR (Shift-IR)状态实现，而访问DR通过移位-DR (Shift-IR)状态实现。IR长度通常是大于2位的任意长度。除了由IEEE® Std. 1149.1定义的BYPASS指令为全1以外，生产商定义所有其它的指令位码。
在本应用笔记中，JAVA样例代码将解释说明串行向量格式(SVF)文件来进行编程。这里所用的SVF是描述高层IEEE 1149.1 (JTAG)总线操作的语法规范。JTAG设备和软件提供商已经将SVF作为标准用于数据交换。SVF以紧凑和可移植的形式描述JTAG链操作。SVF文件通过描述需要移入器件链的信息，记录JTAG操作。通过Xilinx iMPACT (详细信息见下面)软件，将JTAG操作记录在SVF文件中。SVF文件写成ASCII文本形式，因此可以在任何文本编辑器中人工读、修改和写。“许多第三方编程工具使用SVF文件作为输入，这样利用包含在SVF文件中的信息可以对JTAG链中的Xilinx器件编程。”
JTAG库简要说明
所开发的JTAG类库可帮助用户使用MxTNI与JTAG器件进行通信。一个可能的应用是：从遥远的位置对可编程逻辑进行动态和在系统更新。用户能够将TAP控制器初始化到初始状态、浏览16个状态、获得或设置TAP状态、产生时钟信号、发送命令和数据等等。以下为JTAG类方法的简要说明：
- public jtag(): 加载jtag库。
- public String getVersion(): 返回jtag类的版本。
- public int runClock( int numticks ): 以numticks指定的数量运行时钟。
- public byte initialize(): 先将TMS置高达五个TCK时钟脉冲，然后TMS置低1个时钟并进入缺省状态Run-Test-Idle。
- public byte setState( byte aState ): 将目标状态设置为aState指定的状态。
- public byte getState(): 返回目标状态。
- public byte scanState( byte state ): 将TAP控制器的状态机转换到参数state指定的状态。
- public String displayState(byte state): 显示TAP控制器的状态。
- public byte waitState( int msecs ): 进程延时一定毫秒数。
- public byte getTDO(): 获得引脚TDO的当前状态。
- public void setTDI(byte logic): 引脚TDI设定为指定的逻辑状态。
- public byte getTDI(): 获得引脚TDI的当前状态。
- public void setTMS(byte logic): s引脚TMS设定为指定的逻辑状态。
- public byte getTMS(): 获得引脚TMS的当前状态。
- public void setTCK(byte logic): 引脚TCK设定为指定的逻辑状态。
- public byte getTCK(): 获得引脚TCK的当前状态。
- public byte sendNrcv(byte[] data, int offset, int size, byte numberOfBits, boolean state, boolean update, byte extraHeaderClock, byte HeaderBitVal,byte extraTrailerClock, byte TrailerBitVal): 发送数据字节数组，并接收返回的字节数组。
- public byte sendNrcv(int[] data, int offset, int size, byte numberOfBits, boolean state, boolean update,byte extraHeaderClock, byte HeaderBitVal,byte extraTrailerClock, byte TrailerBitVal): 发送数据整形数组，并接收返回的整形数组。
硬件和软件需求
以下为所需要的硬件和软件：
- TINI400评估板，并配置有MxTNI OS 1.12或更高版本。
- JTAG器件(可编程逻辑)。
- 器件链中JTAG器件模型的SVF文件。
编程步骤
第1步: 将MxTNI板的4个JTAG引脚与JTAG器件的4个JTAG引脚相连。
第2步: 遵循SVF文件的命令并使用JTAG库编写JAVA应用程序，来对JTAG器件进行编程，编译后加载到MxTNI。
(附录A: 一个样例Idcode.svf文件，实现从单独的XC18V02 Xilinx器件读取IDCODE。)
(附录B: 样例AppJtag.java程序，将SVF文件作为输入并产生JTAG信号来读取IDCODE。该样例程序是用来处理单独器件的(对于级连器件的详细信息见附录C)。)
(附录C: 展示了由已有的SVF文件编程级连器件的步骤。)
第3步: 运行JAVA程序。可执行AppJtag.tini将加载到MxTNI板。在MxTNI提示符下录入“java AppJtag.tini Idcode.svf”来运行程序。程序将产生JTAG信号与JTAG器件进行通信。注意：
- 生成的编程JTAG器件SVF文件应该与器件链中设计的确切模型一致。
- 所有操作码，例如编程JTAG器件的READ、WRITE、ERASE及其它命令等，都是由生产商定义的。SVF文件应该包含用户需要的所有操作码。
示例
以下示例说明了如何利用JTAG库从Xilinx JTAG器件XC18V02中读取Idcode。完整的样例代码，请查阅附录B。
-
生成器件模型的SVF文件：
使用Xilinx WEB START来生成SVF文件。
- 执行iMPACT并选择单选按钮“Prepare Configuration Files”选项，然后点击next。选择单选按钮“Boundary Scan file”并点击next。选择“SVF File”然后点击finish。
- 在对话框中录入SVF文件名，例如example，并点击OK。
- 选择要加载的name_of_mcs_file.mcs文件，并从列表中选择PROM器件(XC18V02_vq44)。
- XC18V02已加到模型中。
- 点击我们要编程的XC18V02器件型号。器件将为高亮显示。
- 点击鼠标右键，并选择编程选项。勾选“Get Idcode”。
- 在模型外点击鼠标以取消高亮显示器件，右击并选择option以关闭SVF。这时就生成了模型的SVF文件。
-
读取SVF文件并使用JTAG库来编程XC18V02器件。
- 以下为SVF文件的部分样例代码：
// Created using Xilinx iMPACT Software [ISE WebPACK - 5.1i] TRST OFF; ENDIR IDLE; ENDDR IDLE; STATE RESET IDLE; TIR 0 ; HIR 0 ; TDR 0 ; HDR 0 ; // Validating chain... TIR 0 ; HIR 0 ; TDR 0 ; HDR 0 ; SIR 8 TDI (ff) SMASK (ff) ; TIR 0 ; HIR 5 TDI (1f) SMASK (1f) ; HDR 1 TDI (00) SMASK (01) ; TDR 0 ; //Loading device with 'idcode' instruction. SIR 8 TDI (fe) SMASK (ff) ; SDR 32 TDI (00000000) SMASK (ffffffff) TDO (05025093) MASK (ffffffff) ; //Loading device with 'conld' instruction. SIR 8 TDI (f0) ; RUNTEST 110000 TCK;- 遵循SVF命令并使用库向XC18V02发送命令。
- SVF规范提供了四个全局填充指令：头指令寄存器(HIR)、尾部指令寄存器(TIR)、头数据寄存器(HDR)和尾部数据寄存器(TDR)。这些全局命令规定了移位操作的开始和结尾处要填充的位数，从而解决旁路器件问题，并为SVF文件压缩提供了一种简单的方法。一旦指定，这些位会出现在SIR或者SDR命令的每一组比特位的前面或者后面。
- 以下两个示例说明如何把SVF命令解释为JTAG库命令。
示例1: 带有全局填充指令的SVF语法结构
a/ SVF file commands:
STATE RESET IDLE;
TIR 0 ;
HIR 5 TDI (1f) SMASK (1f) ;
HDR 1 TDI (00) SMASK (01) ;
TDR 0 ;
//Loading device with 'idcode' instruction.
SIR 8 TDI (fe) SMASK (ff) ;
SDR 32 TDI (00000000) SMASK (ffffffff) TDO (05025093) MASK (ffffffff) ;
//Loading device with 'conld' instruction.
SIR 8 TDI (f0) ;
RUNTEST 110000 TCK;
//Check for Read/Write Protect.
SIR 8 TDI (ff) TDO (01) MASK (ff) ;
//Loading device with 'idcode' instruction.
SIR 8 TDI (fe) ;
SDR 32 TDI (00000000) TDO (05025093) ;
//Loading device with 'conld' instruction.
SIR 8 TDI (f0) ;
RUNTEST 110000 TCK;
//Check for Read/Write Protect.
SIR 8 TDI (ff) TDO (01) ;
TIR 0 ;
HIR 0 ;
TDR 0 ;
HDR 0 ;
b/ Sample JAVA program using JTAG library:
import java.io.*;
import javax.comm.*;
import com.dalsemi.comm.*
public static void main(String[] args)
{
myJtag = new jtag();
int SIZE = 0x1000;
byte[] byteArray = new byte[SIZE];
byte HeaderInstBitVal = (byte)0x00;
byte TrailerInstBitVal = (byte)0x00;
byte HeaderDataBitVal= (byte)0x00;
byte TrailerDataBitVal= (byte)0x00;
// STATE RESET IDLE;
myJtag.initialize();//This JTAG library method will initialize
// XC18V02 TAP controller and stay at
// Run-Test/Idle
// TIR 0 ;
byte TIR = (byte)0x00;
// HIR 5 TDI (1f) SMASK (1f) ;
byte HIR = (byte)0x05;
HeaderInstBitVal = (byte)0x01;
// HDR 1 TDI (00) SMASK (01) ;
byte HDR = (byte)0x01;
HeaderDataBitVal = (byte)0x00;
// TDR 0
byte TDR = (byte)0x00;
// SIR 8 TDI (fe) SMASK (ff) ;
byteArray[0] = (byte)0xfe;
myJtag.sendNrcv(byteArray,0,1,(byte)8,true,false,(byte)HIR,
(byte)HeaderInstBitVal,(byte)TIR,(byte)TrailerInstBitVal);
// SDR 32 TDI (00000000) SMASK (ffffffff) TDO (05025093) MASK
// (ffffffff) ;
byteArray[0] = (byte)0x00;
byteArray[1] = (byte)0x00;
byteArray[2] = (byte)0x00;
byteArray[3] = (byte)0x00;
myJtag.sendNrcv(byteArray,0,4,(byte)8,false,false,(byte)HDR,
(byte)HeaderDataBitVal,(byte)TDR,(byte)TrailerDataBitVal);
// SIR 8 TDI (f0) ;