JTAG: Escribir chips con protocolo de grupo de acción de prueba conjunta

JTAG: Writing Chips with Joint Test Action Group Protocol

JTAG (Grupo de acción de prueba conjunta) no solo se usa para leer la memoria y la depuración del hardware, sino también para escribir datos en chips. Esto incluye firmware intermitente, memoria de programación y configuración de FPGA. Este tutorial lo guiará a través del proceso de escritura a chips utilizando JTAG, incluida la configuración, las herramientas y las mejores prácticas.


¿Qué es la escritura JTAG?

La escritura JTAG se refiere a la programación o al flasheo de los datos en un circuito integrado (IC) a través de su interfaz JTAG. Este proceso se usa comúnmente para:

  • Firmware intermitente o cargadores de arranque
  • Escribir archivos de configuración a FPGAs
  • Programación de memoria no volátil (por ejemplo, Eeprom, Flash)
  • Actualización de software o firmware en sistemas integrados

La interfaz JTAG proporciona acceso directo al chip, lo que permite un control preciso sobre la memoria y la configuración.


Lo que necesitarás

  1. Adaptador JTAG: Una interfaz de hardware para la comunicación JTAG (por ejemplo, Segger J-Link, cable de plataforma Xilinx, adaptadores respaldados por OpenOCD).
  2. Dispositivo objetivo: El chip o sistema que desea programar.
  3. Herramientas de software: Herramientas como OpenOCD, Urjtag, Vivado (para Xilinx) o el software J-Link de Segger.
  4. Archivo de firmware/configuración: El archivo que se escribirá en el chip (por ejemplo, .bin, .hex, .svf).
  5. Documentación de JTAG Pinout: Diagrama de Pinout para el dispositivo de destino.
  6. Accesorios de conexión: Cables, encabezados y una placa (si es necesario).

Paso 1: Configuración del hardware JTAG

1. Identifique los pasadores JTAG

  • Consulte la hoja de datos del chip o los esquemas de PCB para localizar los pines JTAG.
  • Las etiquetas comunes de los pin Jtag incluyen TDI, TDO, TCK, y TMS.
  • Algunos tableros tienen encabezados JTAG preconfigurados (conectores de 10 pines o 20 pines).

2. Conecte el adaptador JTAG

  • Cablee el adaptador JTAG al dispositivo de destino, asegurando las conexiones de PIN correctas:
    • TDI (Prueba de datos en) a TDI
    • TDO (Prueba los datos) a TDO
    • TCK (Reloj de prueba) a TCK
    • TMS (Modo de prueba seleccionar) a TMS
    • Suelo (GND) debe estar conectado.

3. Verifique los niveles de voltaje

  • Verifique que el adaptador JTAG coincida con los niveles de voltaje del dispositivo de destino (por ejemplo, 3.3V, 1.8V).
  • Algunos adaptadores permiten configuraciones de voltaje configurables.

Paso 2: Instalación de herramientas de software JTAG

1. Openocd

OpenOCD (Open On-Chip Depugger) es una herramienta popular de código abierto para programación y depuración.

  • Instalar a través de su administrador de paquetes (por ejemplo, apt install openocd en Linux).
  • Asegúrese de que su adaptador JTAG sea compatible con OpenOCD.

2. Herramientas específicas del proveedor

  • Segger J-Link: Use el software Segger J-Link para operaciones JTAG.
  • Xilinx Vivado: Ideal para programar Xilinx FPGA y CPLDS.
  • Intel Quartus: Para programar dispositivos Intel/Altera.

3. Urjtag

Una herramienta liviana para operaciones básicas de JTAG como la escritura de firmware.


Paso 3: Escribir datos a un chip

1. Configure el software JTAG

Configure el archivo de configuración JTAG para especificar el adaptador y el dispositivo de destino.

  • Ejemplo de configuración de OpenOCD para un chip STM32:
    source [find interface/jlink.cfg]
    transport select jtag
    source [find target/stm32f4x.cfg]
    init
    halt
    

2. Detectar el dispositivo objetivo

Ejecute un comando para escanear la cadena JTAG y asegúrese de detectar el dispositivo de destino.

  • Para OpenOcd:
    openocd -f interface/jlink.cfg -f target/stm32f4x.cfg
    
    Verifique el registro de salida para obtener dispositivos detectados.

3. Flash Firmware

Escriba el archivo de firmware al chip usando comandos JTAG.

  • Ejemplo de comando OpenOCD:
    program firmware.bin verify reset exit 0x08000000
    
    • firmware.bin: El archivo binario para escribir.
    • verify: Asegura que los datos se escriban correctamente.
    • reset: Restablece el dispositivo después de la programación.
    • 0x08000000: Iniciar dirección en la memoria.

4. Escriba la configuración en un FPGA

Para FPGA, usa .bit o .svf archivos.

  • Ejemplo de comandos URJTAG:
    cable jtagkey
    detect
    svf configure.svf
    

5. Borrar la memoria antes de escribir

Algunos dispositivos requieren borrar la memoria antes de parpadear.

  • Ejemplo de comando OpenOCD:
    flash erase_address 0x08000000 0x10000
    

Paso 4: Mejores prácticas para la escritura JTAG

  1. Copia de seguridad de firmware existente: Siempre lea y guarde el firmware existente antes de escribir nuevos datos.
  2. Verificar la integridad de los datos: Usar el verify Comando para garantizar una programación exitosa.
  3. Utilice conexiones confiables: Asegure todos los cables para evitar la corrupción de datos durante la escritura.
  4. Niveles de voltaje de coincidencia: Asegúrese de que el adaptador JTAG y el dispositivo de destino usen niveles de voltaje compatible.
  5. Verifique la protección de escritura: Deshabilite la protección de escritura (si corresponde) antes de la programación.

Aplicaciones de la escritura JTAG

  1. Firmware intermitente o cargadores de arranque
  2. Programación de FPGA o CPLDS
  3. Actualización del software del sistema integrado
  4. Escribir datos de configuración a la memoria
  5. Desarrollar y probar firmware en tiempo real

Solución de problemas

  • Dispositivo no detectado:

    • Verifique el cableado y el pinout.
    • Asegúrese de que el dispositivo esté alimentado y correctamente conectado a tierra.
  • Escribir errores:

    • Asegúrese de que la región de memoria no esté protegida por escritura.
    • Verifique dos veces la dirección de inicio y el formato de archivo.
  • La verificación falla:

    • Verifique las conexiones confiables.
    • Use una velocidad de reloj JTAG más lenta para mejorar la estabilidad.

Conclusión

JTAG es una herramienta versátil para escribir firmware, configurar la memoria y los dispositivos de programación a un nivel bajo. Siguiendo esta guía, puede usar JTAG con confianza para flashear firmware, actualizar el software y configurar hardware. ¡Dominar la escritura JTAG permite un desarrollo y mantenimiento eficientes de sistemas integrados!

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