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。
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) 和 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。
-
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。
-
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和用户手册,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。
-
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)。
- 专用扁平电缆连接:
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。
- 示例:通过 USB <=> JTAG 转换芯片连接:
- 芯片(如FT2232H/D, FT232H, C232HM 等)提供一个USB接口和一组GPIO(可配置为JTAG模式)。
- 将芯片的USB端连接到计算机。
- 将芯片的GPIO端(具体哪些脚配置为TDI, TDO, TMS, TCK, GND)用杜邦线或排线连接到目标板的JTAG信号(同核心原则:
芯片TDO -> 目标TDI,芯片TDI -> 目标TDO,芯片TCK -> 目标TCK,芯片TMS -> 目标TMS,芯片GND -> 目标GND)。
- 示例:通过串口(UART)转JTAG: 这种较少见,需要专门的转换器。
- 示例:通过以太网转JTAG: 通常需要使用带有网络接口的高级调试器或网关设备。
核心连接步骤总结(无论连接什么,最终落实到目标板信号):
- 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。
- 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)。
- 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。
- 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:
- 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。
- 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)。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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:
- 连接完成后,上电,打开调试软件(如Keil, IAR, OpenOCD, GDB等)。
- 如果无法识别目标:
- 仔细检查所有接线! 特别是TDO/TDI是否交叉接反。
- 检查GND连接:用万用表确认GND是否真正连通且低阻。
- 检查电平/VTref:用万用表测量目标板电压和VTref电压(如果连接了),确认是否匹配且符合预期。
- 拔掉TRST试试:有时复位信号连接不当会导致问题。
- 降低JTAG时钟频率:在调试软件中设置试试。
- 查阅目标处理器手册和调试工具手册:确认是否有特殊连接要求或配置(如ARM的SWJ-DP模式选择脚SWDIO)。
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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2021-04-11 08:49:15
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佚名
2019-08-02 17:34:00
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