JTAG: Ler chips com protocolo de grupo de ação de teste conjunto

O JTAG (Grupo de Ação de Teste Conjunto) é um protocolo amplamente utilizado para depuração, programação e teste de circuitos integrados (ICS). Ele permite que a comunicação direta com um chip leia sua memória, execute verificações de limite ou o firmware de carga. Este tutorial o guiará através do básico do uso do JTAG para ler chips, incluindo configuração, ferramentas e práticas recomendadas.

O que é JTAG?

O JTAG é uma interface padronizada (IEEE 1149.1) que fornece uma maneira de testar e depurar hardware no nível do chip. É comumente usado em:

Desenvolvimento de firmware e depuração
Testando conexões de PCB
Firmware piscando em dispositivos
Extraindo a memória do ICS

O JTAG usa uma interface de 4 ou 5 pinos:

Alfinete	Descrição
TDI	Dados de teste em
Tdo	Dados de teste fora
Tck	Relógio de teste
Tms	Modo de teste Selecione
Trst	Redefinição de teste (opcional)

O que você precisará

Adaptador JTAG: Um dispositivo de hardware para interagir com o chip (por exemplo, segger j-link, adaptadores apoiados pelo OpenocD).
Dispositivo de destino: O IC ou sistema que você deseja ler.
Ferramentas de software: Aplicativos para depuração JTAG, como Ferramentas Openocd, UrjTag ou Proprietário.
Documentação do pinout jTAG: Diagrama de pinagem para o dispositivo de destino.
Acessórios de conexão: Fios, cabeçalhos e uma placa de ensaio (se necessário).

Etapa 1: Configurando o hardware JTAG

1. Identifique a interface JTAG no dispositivo de destino

Consulte a folha de dados do chip ou os esquemas da PCB para localizar os pinos JTAG.
Etiquetas comuns para pinos JTAG incluem TDI, TDO, TCK, e TMS.
Algumas placas rotularam cabeçalhos JTAG (por exemplo, conectores de 10 ou 20 pinos).

2. Conecte o adaptador JTAG

Ajude o adaptador ao dispositivo de destino, correspondendo à pinagem de JTAG:
- TDI no adaptador se conecta a TDI no dispositivo, e assim por diante.
- Verifique se o GND está conectado entre o adaptador e o alvo.
- Forneça energia ao dispositivo de destino, se necessário.

3. Verifique os níveis de tensão

Verifique se o adaptador JTAG suporta os níveis de tensão do dispositivo de destino (por exemplo, 3,3V ou 1.8V).
Alguns adaptadores têm configurações de tensão configuráveis.

Etapa 2: Instalando ferramentas de software JTAG

1. Openocd (Open On Chip Debugger)

O Openocd é uma ferramenta de código aberto amplamente utilizado para a depuração do JTAG.

Instale -o usando seu gerenciador de pacotes (por exemplo, apt install openocd no Linux).
Verifique se o seu adaptador JTAG é suportado pelo Openocd.

2. Urjtag

Uma ferramenta leve para varredura de limite e operações básicas de JTAG.

Instale via Site de Urjtag.

3. Ferramentas específicas do fornecedor

Para adaptadores proprietários como Segger J-Link ou Xilinx, use seu software oficial:

Segger J-Link: Baixe as ferramentas J-Link de Site de Segger.
Ferramentas Xilinx: Use Vivado ou impacto para a depuração do FPGA.

Etapa 3: Lendo dados de um chip

1. Configure o software JTAG

Crie ou carregue um arquivo de configuração especificando o adaptador JTAG e o dispositivo de destino.
- Exemplo para Openocd:
```
source [find interface/jlink.cfg]
transport select jtag
source [find target/stm32f4x.cfg]
init
halt
```

2. Detecte o dispositivo alvo

Execute um comando para digitalizar a cadeia JTAG e identificar dispositivos conectados.

Para openocd:
```
openocd -f interface/jlink.cfg -f target/stm32f4x.cfg
```
Procure dispositivos detectados no log de saída.

3. Despeno de conteúdo da memória

Use comandos JTAG para ler regiões de memória:

Para openocd:
```
dump_image memory.bin 0x08000000 0x10000
```
- memory.bin: Arquivo para salvar o despejo de memória.
- 0x08000000: Iniciar o endereço.
- 0x10000: Número de bytes para ler.

4. Realize varreduras de limite

As varreduras de limite verificam a conectividade e a funcionalidade dos pinos do IC.

Use UrjTag ou Openocd para realizar varreduras de limite.

Exemplo em urjtag:

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

Etapa 4: práticas recomendadas para depuração JTAG

Prenda a conexão: Use fios curtos e confiáveis para minimizar o ruído.
Verifique a pinout: Verifique duas conexões de pino JTAG para evitar danificar o dispositivo.
Firmware de backup: Sempre faça backup do firmware original antes de fazer alterações.
Use o software correto: Verifique se a ferramenta que você está usando suporta o dispositivo de destino.
Monitore a tensão: Verifique se o dispositivo de destino opera no nível de tensão correto.

Aplicações do JTAG

Firmware e software de depuração
Piscando novos firmware ou carregadores de inicialização
Extraindo dados da memória para análise
Diagnóstico de defeitos de fabricação de PCBs
Hardware de engenharia reversa

Solução de problemas

Dispositivo não detectado:
- Verifique a fiação e a pinagem.
- Verifique se o dispositivo de destino está ligado.
- Verifique os níveis de tensão para compatibilidade.
Erros JTAG:
- Verifique se o arquivo de configuração correto é usado.
- Tente abaixar a velocidade do relógio JTAG se a comunicação falhar.
Problemas de permissão:
- No Linux, verifique se você tem permissões adequadas para acessar dispositivos USB (use sudo ou configure udev regras).

Conclusão

O JTAG é uma ferramenta inestimável para depuração e programação de chips em um nível baixo. Ao entender o básico do hardware e do software JTAG, você pode ler a memória do chip, o firmware de depuração e executar verificações de limites. Experimente diferentes ferramentas e configurações para utilizar totalmente o JTAG em seus projetos!