JTAG: Pisanie układów ze wspólnym protokołem grupy działań testowych

JTAG (wspólna grupa akcji testowej) służy nie tylko do czytania pamięci i debugowania sprzętu, ale także do pisania danych do układów. Obejmuje to miganie oprogramowania układowego, pamięci programowania i konfiguracji FPGA. Ten samouczek poprowadzi Cię przez proces pisania do układów za pomocą JTAG, w tym konfiguracji, narzędzi i najlepszych praktyk.

Co to jest pisze JTAG?

Pisanie JTAG odnosi się do programowania lub migania danych na zintegrowanym obwodzie (IC) za pośrednictwem interfejsu JTAG. Ten proces jest powszechnie stosowany w przypadku:

Migające oprogramowanie lub ładunki
Pisanie plików konfiguracyjnych do FPGA
Programowanie pamięci nieulotnej (np. EEPROM, Flash)
Aktualizacja oprogramowania lub oprogramowania w systemach wbudowanych

Interfejs JTAG zapewnia bezpośredni dostęp do układu, umożliwiając precyzyjną kontrolę nad pamięcią i konfiguracją.

Czego będziesz potrzebować

Adapter JTAG: Interfejs sprzętowy do komunikacji JTAG (np. Segger J-Link, kabel platformowy Xilinx, adaptery wspierane przez OpenOCD).
Urządzenie docelowe: Układ lub system, który chcesz zaprogramować.
Narzędzia programowe: Narzędzia takie jak OpenOCD, URJTAG, Vivado (dla Xilinx) lub oprogramowanie J-Link Seggera.
Plik oprogramowania układowego/konfiguracyjny: Plik do zapisania na układ (np. .bin, .hex, .svf).
Dokumentacja pinout JTAG: Schemat pinout dla urządzenia docelowego.
Akcesoria do połączeń: Przewody, nagłówki i płyta chlebowa (w razie potrzeby).

Krok 1: Konfigurowanie sprzętu JTAG

1. Zidentyfikuj szpilki JTAG

Zapoznaj się z arkuszem danych lub schematów PCB, aby zlokalizować szpilki JTAG.
Typowe etykiety pinów JTAG obejmują TDI, TDO, TCK, I TMS.
Niektóre tablice mają wstępnie skonfigurowane nagłówki JTAG (10-pinowe lub 20-pinowe złącza).

2. Podłącz adapter JTAG

Przełóż adapter JTAG do urządzenia docelowego, zapewniając prawidłowe połączenia pinów:
- TDI (Dane testowe) do TDI
- TDO (Przetestowanie danych) do TDO
- TCK (Zegar testowy) do TCK
- TMS (Tryb testowy Wybierz) do TMS
- Grunt (GND) musi być podłączony.

3. Sprawdź poziomy napięcia

Sprawdź, czy adapter JTAG pasuje do poziomów napięcia urządzenia docelowego (np. 3,3 V, 1,8 V).
Niektóre adaptery umożliwiają konfigurowalne ustawienia napięcia.

Krok 2: Instalowanie narzędzi oprogramowania JTAG

1. OpenOcd

OpenOCD (Open on-Chip Debugger) to popularne narzędzie open source do programowania i debugowania.

Zainstaluj za pośrednictwem menedżera pakietów (np. apt install openocd na Linux).
Upewnij się, że adapter JTAG jest obsługiwany przez OpenOCD.

2. Narzędzia specyficzne dla dostawcy

Segger J-Link: Użyj oprogramowania Segger J-Link do operacji JTAG.
Xilinx vivado: Idealny do programowania Xilinx FPGA i CPLDS.
Intel Quartus: Do programowania urządzeń Intel/Altera.

3. Urjtag

Lekkie narzędzie do podstawowych operacji JTAG, takich jak pisanie oprogramowania układowego.

Zainstaluj z Witryna URJTAG.

Krok 3: Zapisanie danych do układu

1. Skonfiguruj oprogramowanie JTAG

Skonfiguruj plik konfiguracyjny JTAG, aby określić adapter i urządzenie docelowe.

Przykład konfiguracji OpenOCD dla układu STM32:

source [find interface/jlink.cfg]
transport select jtag
source [find target/stm32f4x.cfg]
init
halt

2. Wykryj urządzenie docelowe

Uruchom polecenie, aby zeskanować łańcuch JTAG i upewnij się, że urządzenie docelowe jest wykryte.

Dla OpenOCD:
```
openocd -f interface/jlink.cfg -f target/stm32f4x.cfg
```
Sprawdź dziennik wyjściowy dla wykrytych urządzeń.

3. Flashowe oprogramowanie

Napisz plik oprogramowania układowego na układ za pomocą poleceń JTAG.

Przykład polecenie OpenOCD:
```
program firmware.bin verify reset exit 0x08000000
```
- firmware.bin: Plik binarny do napisania.
- verify: Zapewnia prawidłowe napisanie danych.
- reset: Resetuje urządzenie po programowaniu.
- 0x08000000: Rozpocznij adres w pamięci.

4. Napisz konfigurację do FPGA

W przypadku FPGA użyj .bit Lub .svf akta.

Przykład poleceń URJTAG:
```
cable jtagkey
detect
svf configure.svf
```

5. Usuń pamięć przed pisaniem

Niektóre urządzenia wymagają usuwania pamięci przed miganiem.

Przykład polecenie OpenOCD:
```
flash erase_address 0x08000000 0x10000
```

Krok 4: Najlepsze praktyki do pisania JTAG

Kopia zapasowa istniejące oprogramowanie układowe: Zawsze czytaj i zapisz istniejące oprogramowanie układowe przed zapisaniem nowych danych.
Sprawdź integralność danych: Użyj verify polecenie zapewnienia pomyślnego programowania.
Użyj niezawodnych połączeń: Zabezpiecz wszystkie przewody, aby zapobiec uszkodzeniu danych podczas pisania.
Dopasowanie poziomów napięcia: Upewnij się, że adapter JTAG i urządzenie docelowe używają kompatybilnych poziomów napięcia.
Sprawdź ochronę zapisu: Wyłącz ochronę zapisu (jeśli dotyczy) przed programowaniem.

Aplikacje pisania JTAG

Migające oprogramowanie lub ładunki
Programowanie FPGA lub CPLDS
Aktualizacja oprogramowania systemowego wbudowanego
Pisanie danych konfiguracyjnych do pamięci
Opracowywanie i testowanie oprogramowania w czasie rzeczywistym

Rozwiązywanie problemów

Urządzenie nie wykryte:
- Sprawdź okablowanie i pinout.
- Upewnij się, że urządzenie jest zasilane i odpowiednio uziemione.
Zapisz błędy:
- Upewnij się, że region pamięci nie jest chroniony zapisem.
- Sprawdź dwukrotnie adres Start i format pliku.
Weryfikacja nie jest:
- Sprawdź wiarygodne połączenia.
- Użyj wolniejszej prędkości zegara JTAG, aby poprawić stabilność.

Wniosek

JTAG to wszechstronne narzędzie do pisania oprogramowania układowego, konfigurowania pamięci i programowania na niskim poziomie. Postępując zgodnie z tym przewodnikiem, możesz pewnie użyć JTAG do flashowania oprogramowania, aktualizacji oprogramowania i konfigurowania sprzętu. Opanowanie pisania JTAG umożliwia efektywne opracowanie i utrzymanie systemów wbudowanych!