USB 與 JTAG （一）JTAG 簡介

到這個標題不知有多少人會有興趣？！

這是上回版主說要找個機會跟各位介紹的JTAG內容。

其實，我要講的是有關於 JTAG 的簡單介紹的，但他的應用對我來說：

大概還是不脫 USB 介面的應用。這是很久以前有人找版主做的東西....

別人也是說：能不能做一條關於 USB 轉 JTAG 的轉接線？

所以版主才去研究這個東西的....不過因為年代久遠（其實是，近三年前的事了！）

若有錯誤之處也敬請原諒也敬請不吝賜教！

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    首先我們先看一下JTAG 原本的含意： JTAG (Joint Test Access Group) ！

一定大家都摸不著他的定義。雖然您可能常常聽人家說，自己也經常用，卻不甚了解他的含意。

其實這個規格最原始的用意是拿來作為PCB 版偵錯檢查用的，

所以他有一個基本原理，也是大家所熟悉的Boundary Scan Control....

一般PCB 完成後會做一些飛針測試，以確認PCB 版有沒有Open/Short 現象。

但這種方式也只不過簡單的測試。但對於一些電路版的基本動作是無法進一步得知的。

所以，就有這一種算是PCB 版基本功能檢測方法.....

如果，您本身有做過一些電子產品的夾測試治具的話，就應該不陌生了。

他就是利用一些基本的邏輯方法來測試一些 I/O 的基本動作，以確認PCB功能是OK的！

---- 簡單的說明就是說：哪些電子回路，我在Input 端灌一系列邏輯信號，

我們就可以在Output端量到一些正確信號，若不對，代表這個PCB版的內部回路有問題。

所以，這種Bounadry Scan 是需要原始設計者提供一些 測試波形（有人稱為 Test Vector，

或是 Test Patterns）用以測試的！

 （註：如果您是IC設計業的菜鳥的話，一開始的蹲馬步，就是要幫一些學長跑一些模擬，

而這些模擬環境，就是寫一些Test Patterns...然後做苦工的看結果。

至於還夠不夠格寫一些封測廠要用的檢測程式，那就看您學長對您的「厚愛」了。）

-----  這些都是 1985 年以前的事！

那之後的事呢？！....哈～哈～  因為慢慢的一塊傳統電路版也會縮到一棵IC而已。

所以，這個觀念就被延伸到IC內部的測試了。也就是我們目前所熟悉的JTAG的風貌...

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      其實，一棵IC內要有JTAG 功能的話，也是需要浪費一些邏輯電路空間的，

但這些因應IC出廠檢測用的邏輯回路，對於提高IC量產良率是有幫助的。  是值得的！

也慢慢的這種檢測方式也可以拿來做其他額外功能的：也就是我們現在所常見到的：

燒錄器功能啊﹑或是ICE (In-Circuit Emulation) 模擬功能啊等等...

我為何要講這個東西，就是因為現在的MCU 都已經有提供一些線上模擬功能，

讓一般使用者不用在額外使用模擬器或燒錄器，大大的提高終端客戶的使用意願。

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    至於JTAG 的基本動作我就稍微簡述如下：（有興趣可以去找一下 JTAG 的規格書

不過，等您K完後，您也可能不知道一些所以然....因為這個規格原本就是給PCB 版檢測用的）

版主就簡單的列出一兩張圖，再加以說明，我想大家就比較容易清楚一點了。

下圖就是一張TAP 狀態圖 (Test Access Port State diagram) ，而這張圖就是所有 JTAG 的精髓了。

         JTAG 一般有幾隻腳呢？就是 TDI(Input)，TDO (output)， TCK(Clock) 及所謂的 TMS (Mode Select)。

至於要不要TRst (reset ）就沒有硬性規定了。

其實，嚴格講：以控制的時序信號來說：JTAG 是有點像  SPI 介面。差別就是在那一根 TMS。

而這個TMS 就是拿來控制上述的那個TAP 狀態圖了....

 

 

我簡單的說明一下那個狀態圖的原理：一般我們IC上電後，會進入一個所謂 Reset 狀態。

就是圖上的那個Test-Logic-Reset ！....

然後，若當 TMS 下一個狀態時（就是再送一個TCK 搭配一個 TMS值），為高（1）的值的話。

他只不過回到 Reset 狀態，--- 就是沒有改變。

但若為低（0）的值的話，他就會進入所謂的 Run-Test-Idle 狀態了....依此類推。

另外兩大類的狀態為：Select-DR-Scan 及Select-IR-Scan ！

Select-DR-Scan 就是要讀（寫）所謂的Data Register！

Select-IR-Scan 就是拿來下一些Command 用的。

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   不知大家有沒有發現這一張 TAP 狀態圖有一個很好玩的地方？

就是不管您目前處於哪一個狀態，您只要下九個TMS為高（1）的值的話。

您一定可以回到所謂的 Test-Logic-Reset 了--- 這是一個寫程式的重要觀念喔！

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    好了，JTAG 的基本原理講完了，啊？！這麼簡單？！

對啊....越複雜的話，那麼IC內部的邏輯回路就會跟著複雜，賣IC的怎麼賺錢啊？！

接下來大家都可以寫一些應用程式了，

所謂Boundary Scan 就是要利用上述的那個觀念，把一些IC內部的資料給「擠」出來。

如果大家有寫過Microchip 的SPI介面的話，應該知道我在說什麼？！

因為在IC設計中，有些IC在RESET之後，有一些Registers 是有一些預設值的，

我們就可以利用這個Boundary Scan 方法把他「擠」出來....

但是很不幸的是：雖然JTAG的原理大家用的是一樣的，但每一家公司的IC的基本指令

或是所謂Registers 也不一定完全相同，這還是得拿到原廠技術資料的。

否則，還是一樣：沒輒的！譬如：我們以有名FPGA大廠的Altera 的FPGA為例：

他每一個JTAG Instruction 也會有他自己的 Instruction Code....

以最簡單的IDCODE 來說：這是要「擠」出您目標IC的基本識別碼的！

相信他每一顆不同型號的IC會「幾」出不同的識別碼吧！

那您說：我怎麼可以做一條USB 轉JTAG 的標準線啊？！.....

因為每一家IC 及每一族係IC可能都有不同的JTAG Instruction 呢。

但我們肯定的是：他們既然號稱JTAG 我想他的基本架構就是應該如此。

如此說來，您應該會進一步的提會到版主一直強調的USB 韌體更新的重要性吧。

因為您每每都要跟著新的JTAG Instruction 來調整您USB 韌體吧。

.....

    關於USB 與 JTAG 的基本觀念就暫時先介紹到此。下回有機會再以實例跟各位說明。

    如果，您有這方面的問題或想法的話，也歡迎隨時與版主聯絡。

謝謝各位。