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如何将JTAG接口于其他接口进行连接?

JTAG内部有一个状态机,称为TAP控制器。TAP控制器的状态机通过TCK和TMS进行状态的改变,实现数据和指令的输入。

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将JTAG接口与其他接口进行连接时,需要考虑信号定义、电平匹配、物理连接器等因素。以下是常见连接场景和方法的详细说明:

核心原则:匹配信号,正确接线

JTAG的核心信号是 TDI (数据输入)、TDO (数据输出)、TMS (模式选择)、TCK (时钟)。通常还会连接 TRST (复位,可选)GND (地)。在调试器和目标板之间,需要将这些信号点对点正确连接。

一、目标板上的 JTAG 接口(通常是连接器)如何连接

这是最常见的应用场景:使用外部调试器(如J-Link, ST-Link, DAP-Link, USB Blaster等)通过JTAG/SWD调试器连接目标板进行调试/编程。

  1. 确定调试器接口和信号定义:

    • 检查你的调试器使用什么物理接口(通常是排针、排母、连接器)和引脚排列。
    • 常见接口标准:
      • ARM 20-pin (0.1"间距) / ARM 19-pin Cortex (0.05"间距): 这是ARM官方推荐的JTAG/SWD接口标准(ARM Debug Interface V5 标准)。
      • ARM 10-pin (0.05"间距): 也来自ARM标准,引脚较少。
      • Segger J-Link 20-pin / 10-pin: Segger有自己的变体,但通常兼容ARM标准。
      • 14-pin TI JTAG (TI 20-pin兼容模式): 主要用于TI DSP/MCU。
      • 其他厂商专用接口。
  2. 确定目标板上的JTAG接口定义:

    • 目标板上可能设计了JTAG接口连接器(通常是排针或测试点)。
    • 查阅目标板的原理图用户手册,找到JTAG连接器(或测试点位置)的引脚定义
    • 如果没有标准连接器,需要找到对应处理器的JTAG信号(TDI, TDO, TMS, TCK, (TRST), GND)的测试点。
  3. 使用 (选择一种):

    • 专用扁平电缆连接:
      • 如果调试器和目标板都使用了相同标准的接口(如ARM 20-pin),并且引脚定义完全一致(请注意VCC/GND定义可能略有不同!),可以直接购买或自制对应接口的扁平电缆连接。
      • 关键: 必须确保电缆两端定义匹配,1脚对1脚
    • 使用 (推荐):
      • 购买或制作一个将调试器接口转换为目标板接口的转接板。
      • 例如,调试器是标准的20-pin ARM Cortex接口,但目标板是一个带14-pin TI JTAG的BeagleBone Black,你就需要一个20-pin ARM Cortex转14-pin TI JTAG的转接板/线。
      • 优点: 连接可靠,不易出错,方便插拔。确保转接板内部的接线(调试器引脚 -> 转接板线 -> 目标板引脚)完全根据两端的定义正确连接。
    • (不推荐,但应急常用):
      • 使用杜邦线(跳线)直接连接调试器和目标板的对应信号点。
      • 步骤:
        • 将调试器端的排针接口引出杜邦线母头(如果调试器没有现成的杜邦线接口)。
        • 将目标板端的排针接口引出杜邦线母头(或将杜邦线公头直接插在目标板排针上,小心操作避免短路)。
        • 逐根、耐心地 将调试器信号(TDI, TDO, TMS, TCK, (TRST), GND)连接到目标板对应的信号(TDI, TDO, TMS, TCK, (TRST), GND)上。
        • 特别注意: TDO (调试器端) 连接 TDI (目标板端)TDI (调试器端) 连接 TDO (目标板端)不要接错!TCK接TCK,TMS接TMS,GND接GND。
        • 最好连接至少2根地线(GND)以提供良好参考地。
      • 缺点: 易松动、易接错、易短路、长度受限制、信号完整性较差(仅适用于低速短距离)。
    • 焊接(仅适用于固定连接): 将调试器端的线缆焊接到目标板的测试点或连接器焊盘上(仅当你有信心,且连接是永久或半永久时使用)。

二、连接不同设备上的“其他接口”到目标板的JTAG

这通常指将某种通信/桥接板连接到目标板的JTAG。原理类似,但需要明确“其他接口”的定义和协议转换。

核心连接步骤总结(无论连接什么,最终落实到目标板信号):

  1. 识别源端和目标端信号:
    • 源端:你用来提供JTAG信号的设备接口(调试器/桥接板/其他处理器)及其具体引脚定义(TDI, TDO, TMS, TCK, (TRST), GND, 可能还有Vref/目标板电压检测信号)。
    • 目标端:需要被调试/编程的目标板上的具体JTAG信号连接点(测试点、连接器引脚)及其定义。
  2. 准备物理连接:
    • 选择匹配的连接器或适配器(转接板)OR 准备飞线(杜邦线)。
  3. 正确连线 (核心!)
    • 目标板 TDI <---> 源端 TDO (数据流向目标板)
    • 目标板 TDO <---> 源端 TDI (数据流出发往源端)
    • 目标板 TCK <---> 源端 TCK (时钟同步)
    • 目标板 TMS <---> 源端 TMS (模式控制)
    • 目标板 GND <---> 源端 GND (尽可能多接几根,至少1根,推荐2根+)
    • 目标板 TRST (如果存在且需要) <---> 源端 TRST (或nSRST) (复位控制)
    • 目标板 Vref (如果源端需要) <---> 目标板电源 (如 3.3V, 1.8V) (给源端提供目标板IO电压参考)
    • 警告⚠️: 千万不能直接把源端TDO接到目标板TDO!一定是交叉关系:源端TDO -> 目标板TDI, 源端TDI -> 目标板TDO。
  4. 固定连接(如果是飞线):
    • 确保杜邦线连接牢固,避免松动脱落引起接触不良。
    • 尽量缩短连线长度(<10-20cm)。
    • 避免杜邦线相互缠绕过长造成串扰。

重要连接注意事项:

  1. 电压电平匹配:
    • 确保调试器/源端和目标板的JTAG信号电平兼容(如都是3.3V,或都是1.8V)。
    • 如果不兼容(例如调试器是5V TTL电平而目标板是1.8V),绝对不能直接连接!必须使用电平转换器(Level Shifter),否则可能损坏目标板!
    • 许多现代调试器(如J-Link)都有自适应电平(通过VTref引脚感知目标板电压)或可配置输出电平功能,使用这些调试器连接时,务必连接VTref到目标板电源电压(通常是3.3V),调试器才能正确设置输出电平并检测输入电平。
  2. 信号完整性:
    • 对高速JTAG(通常 > 10MHz),需要考虑阻抗匹配和信号反射。连接线尽量短(<15cm),采用特性阻抗可控的排线或同轴线。避免直角走线。
    • 多个目标板并联(如菊花链/Daisy Chain)时,信号线拓扑对完整性影响很大。
    • 在噪声环境或长距离连接时,考虑差分信号(但JTAG本身是单端)。
  3. 接地:
    • 提供良好、低阻抗的公共接地回路至关重要!强烈建议连接至少2根或更多的GND线,尤其在飞线连接时。不良接地是通信失败和调试器无法识别目标的常见原因。
  4. 接口保护:
    • 目标板上的JTAG测试点或连接器可以考虑添加ESD保护二极管(TVS管),防止静电损伤。
  5. 连接器封装:
    • 常用的目标板JTAG连接器封装是0.1英寸(2.54mm)或0.05英寸(1.27mm)间距的单排针(Single Row Header)。设计PCB时选择合适的封装。
  6. 热插拔:
    • 尽量避免带电插拔JTAG连接器(尤其是目标板带电时)。遵循“先断电再插拔”的原则。热插拔可能导致电流冲击或信号竞争损坏器件。如果必须热插拔,确保有足够保护或在设计中考虑。
  7. 上拉/下拉电阻:
    • 有些设计需要在JTAG线上添加弱上拉或弱下拉电阻(通常在目标板上),以确保状态稳定(如TMS需要弱上拉)。检查目标板原理图确认。调试器端通常内部已有处理。

调试:

遵循这些指南和核心连接原则(关键是信号点对点正确连接,特别是TDI/TDO的交叉关系),你可以成功地将JTAG接口连接到各种目标板或调试接口上。

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