JTAG: Czytanie układów z wspólnym protokołem grupy testowej

JTAG (wspólna grupa akcji testowej) jest szeroko stosowanym protokołem do debugowania, programowania i testowania obwodów zintegrowanych (ICS). Umożliwia bezpośrednią komunikację z układem w celu odczytu jego pamięci, wykonywania skanów granicznych lub ładowania oprogramowania układowego. Ten samouczek poprowadzi Cię podstawy używania JTAG do czytania układów, w tym konfiguracji, narzędzi i najlepszych praktyk.

Co to jest JTAG?

JTAG to znormalizowany interfejs (IEEE 1149.1), który zapewnia sposób testowania i debugowania sprzętu na poziomie układu. Jest powszechnie używany w:

Rozwój i debugowanie oprogramowania
Testowanie połączeń PCB
Miganie oprogramowania na urządzeniach
Wyodrębnienie pamięci z ICS

JTAG używa interfejsu 4 lub 5-styków:

Szpilka	Opis
TDI	Dane testowe w
TDO	Przetestuj dane
Tck	Zegar testowy
TMS	Tryb testowy Wybierz
Trst	Reset testu (opcjonalnie)

Czego będziesz potrzebować

Adapter JTAG: Urządzenie sprzętowe do interfejsu z układem (np. Segger J-Link, adaptery wspierane przez OpenOCD).
Urządzenie docelowe: IC lub system, który chcesz przeczytać.
Narzędzia programowe: Aplikacje do debugowania JTAG, takie jak narzędzia OpenOCD, URJTAG lub zastrzeżone.
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 interfejs JTAG na urządzeniu docelowym

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

2. Podłącz adapter JTAG

Podłączyć adapter do urządzenia docelowego, dopasowując pinout JTAG:
- TDI na adapterze łączy się z TDI na urządzeniu i tak dalej.
- Upewnij się, że GND jest połączony między adapterem a celem.
- W razie potrzeby zapewnij zasilanie urządzeniu docelowym.

3. Sprawdź poziomy napięcia

Upewnij się, że adapter JTAG obsługuje poziomy napięcia urządzenia docelowego (np. 3,3 V lub 1,8 V).
Niektóre adaptery mają konfigurowalne ustawienia napięcia.

Krok 2: Instalowanie narzędzi oprogramowania JTAG

1. OpenOCD (otwarty debugger na chipie)

OpenOCD to narzędzie open source, powszechnie używane do debugowania JTAG.

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

2. Urjtag

Lekkie narzędzie do skanowania granicznego i podstawowych operacji JTAG.

Zainstaluj Witryna URJTAG.

3. Narzędzia specyficzne dla dostawcy

W przypadku zastrzeżonych adapterów, takich jak Segger J-Link lub Xilinx, użyj ich oficjalnego oprogramowania:

Segger J-Link: Pobierz narzędzia J-Link z Witryna Seggera.
Narzędzia xilinx: Użyj Vivado lub wpływ na debugowanie FPGA.

Krok 3: Odczyt danych z układu

1. Skonfiguruj oprogramowanie JTAG

Utwórz lub załaduj plik konfiguracyjny określający adapter JTAG i urządzenie docelowe.
- Przykład dla OpenOCD:
```
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 zidentyfikować podłączone urządzenia.

Dla OpenOCD:
```
openocd -f interface/jlink.cfg -f target/stm32f4x.cfg
```
Poszukaj wykrytych urządzeń w dzienniku wyjściowym.

3. Zrzucanie zawartości pamięci

Użyj poleceń JTAG, aby odczytać regiony pamięci:

Dla OpenOCD:
```
dump_image memory.bin 0x08000000 0x10000
```
- memory.bin: Plik, aby zapisać zrzut pamięci.
- 0x08000000: Rozpocznij adres.
- 0x10000: Liczba bajtów do przeczytania.

4. Wykonaj skany graniczne

Skany graniczne sprawdzają łączność i funkcjonalność pinów IC.

Użyj URJTAG lub OpenOCD do wykonywania skanów granicznych.

Przykład w urjtag:

cable jtagkey
detect
bsdl path/to/bsdl/file.bsd
svf boundary_scan.svf

Krok 4: Najlepsze praktyki debugowania JTAG

Zabezpiecz połączenie: Użyj krótkich, niezawodnych przewodów, aby zminimalizować szum.
Sprawdź pinout: Dokładnie sprawdź połączenia PIN JTAG, aby uniknąć uszkodzenia urządzenia.
Tworzenie kopii zapasowych oprogramowania: Zawsze wykonaj kopię zapasową oryginalnego oprogramowania układowego przed wprowadzeniem zmian.
Użyj poprawnego oprogramowania: Upewnij się, że narzędzie, którego używasz, obsługuje urządzenie docelowe.
Monitorowanie napięcia: Upewnij się, że urządzenie docelowe działa we właściwym poziomie napięcia.

Zastosowania JTAG

Debugowanie oprogramowania i oprogramowania
Miga nowe oprogramowanie układowe lub ładowarki
Wyodrębnienie danych z pamięci do analizy
Diagnozowanie wad produkcyjnych PCB
Sprzęt do inżynierii odwrotnej

Rozwiązywanie problemów

Urządzenie nie wykryte:
- Sprawdź okablowanie i pinout.
- Upewnij się, że urządzenie docelowe jest włączone.
- Sprawdź poziomy napięcia pod kątem zgodności.
Błędy JTAG:
- Upewnij się, że używany jest prawidłowy plik konfiguracyjny.
- Spróbuj obniżyć prędkość zegara JTAG, jeśli komunikacja się nie powiedzie.
Problemy z uprawnieniami:
- W systemie Linux upewnij się, że masz odpowiednie uprawnienia do dostępu do urządzeń USB (używaj sudo lub skonfiguruj udev zasady).

Wniosek

JTAG jest nieocenionym narzędziem do debugowania i programowania układów na niskim poziomie. Rozumiejąc podstawy sprzętu i oprogramowania JTAG, możesz odczytać pamięć układu, debugować oprogramowanie układowe i wykonywać skany graniczne. Eksperymentuj z różnymi narzędziami i konfiguracją, aby w pełni wykorzystać JTAG w swoich projektach!