JTAG: การอ่านชิปพร้อมโปรโตคอลกลุ่มทดสอบร่วมกัน

JTAG (กลุ่มทดสอบร่วมกัน) เป็นโปรโตคอลที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการดีบักการเขียนโปรแกรมและการทดสอบวงจรรวม (ICS) ช่วยให้การสื่อสารโดยตรงกับชิปสามารถอ่านหน่วยความจำดำเนินการสแกนขอบเขตหรือเฟิร์มแวร์โหลด บทช่วยสอนนี้จะแนะนำคุณเกี่ยวกับพื้นฐานของการใช้ JTAG เพื่ออ่านชิปรวมถึงการตั้งค่าเครื่องมือและแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุด

jtag คืออะไร?

JTAG เป็นอินเทอร์เฟซมาตรฐาน (IEEE 1149.1) ที่ให้วิธีการทดสอบและดีบักฮาร์ดแวร์ที่ระดับชิป มันมักใช้ใน:

การพัฒนาเฟิร์มแวร์และการดีบัก
ทดสอบการเชื่อมต่อ PCB
เฟิร์มแวร์กระพริบบนอุปกรณ์
แยกหน่วยความจำออกจาก ICS

JTAG ใช้อินเทอร์เฟซ 4 หรือ 5-pin:

เข็มหมุด	คำอธิบาย
TDI	ทดสอบข้อมูลใน
TDO	ทดสอบข้อมูล
TCK	นาฬิกาทดสอบ
TMS	เลือกโหมดทดสอบ
trst	ทดสอบรีเซ็ต (ไม่บังคับ)

สิ่งที่คุณต้องการ

อะแดปเตอร์ jtag: อุปกรณ์ฮาร์ดแวร์ในการเชื่อมต่อกับชิป (เช่น Segger J-Link, อะแดปเตอร์ที่รองรับ OpenOCD)
อุปกรณ์เป้าหมาย: IC หรือระบบที่คุณต้องการอ่าน
เครื่องมือซอฟต์แวร์: แอปพลิเคชันสำหรับการดีบัก JTAG เช่น OpenOCD, URJTAG หรือเครื่องมือที่เป็นกรรมสิทธิ์
เอกสาร JTAG Pinout: แผนภาพ Pinout สำหรับอุปกรณ์เป้าหมาย
อุปกรณ์เสริมการเชื่อมต่อ: สายไฟส่วนหัวและเขียงหั่นขนม (ถ้าจำเป็น)

ขั้นตอนที่ 1: การตั้งค่าฮาร์ดแวร์ JTAG

1. ระบุอินเทอร์เฟซ JTAG บนอุปกรณ์เป้าหมาย

อ้างถึงแผ่นข้อมูลแผ่นข้อมูลหรือ PCB ของชิปเพื่อค้นหาหมุด JTAG
ฉลากทั่วไปสำหรับหมุด JTAG รวมถึง TDI, TDO, TCK, และ TMS.
บอร์ดบางตัวมีป้ายกำกับ JTAG (เช่นตัวเชื่อมต่อ 10 พินหรือ 20 พิน)

2. เชื่อมต่ออะแดปเตอร์ JTAG

เชื่อมต่ออะแดปเตอร์ไปยังอุปกรณ์เป้าหมายที่ตรงกับ JTAG Pinout:
- TDI บนอะแดปเตอร์เชื่อมต่อกับ TDI บนอุปกรณ์และอื่น ๆ
- ตรวจสอบให้แน่ใจว่า GND เชื่อมต่อระหว่างอะแดปเตอร์และเป้าหมาย
- ให้พลังงานแก่อุปกรณ์เป้าหมายหากจำเป็น

3. ตรวจสอบระดับแรงดันไฟฟ้า

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าอะแดปเตอร์ JTAG รองรับระดับแรงดันไฟฟ้าของอุปกรณ์เป้าหมาย (เช่น 3.3V หรือ 1.8V)
อะแดปเตอร์บางตัวมีการตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดค่าได้

ขั้นตอนที่ 2: การติดตั้งเครื่องมือซอฟต์แวร์ JTAG

1. OpenOCD (เปิดตัวดีบั๊กชิป)

OpenOCD เป็นเครื่องมือโอเพ่นซอร์สที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการดีบัก JTAG

ติดตั้งโดยใช้ตัวจัดการแพ็คเกจของคุณ (เช่น apt install openocd บน Linux)
ตรวจสอบให้แน่ใจว่าอะแดปเตอร์ JTAG ของคุณได้รับการสนับสนุนโดย OpenOCD

2. urjtag

เครื่องมือที่มีน้ำหนักเบาสำหรับการสแกนขอบเขตและการดำเนินการ JTAG ขั้นพื้นฐาน

ติดตั้งผ่าน เว็บไซต์ของ Urjtag.

3. เครื่องมือเฉพาะของผู้ขาย

สำหรับอะแดปเตอร์ที่เป็นกรรมสิทธิ์เช่น Segger J-Link หรือ Xilinx ให้ใช้ซอฟต์แวร์อย่างเป็นทางการของพวกเขา:

Segger J-Link: ดาวน์โหลดเครื่องมือ j-link จาก เว็บไซต์ของ Segger.
เครื่องมือ Xilinx: ใช้ Vivado หรือผลกระทบสำหรับการดีบัก FPGA

ขั้นตอนที่ 3: การอ่านข้อมูลจากชิป

1. กำหนดค่าซอฟต์แวร์ JTAG

สร้างหรือโหลดไฟล์การกำหนดค่าที่ระบุอะแดปเตอร์ JTAG และอุปกรณ์เป้าหมาย
- ตัวอย่างสำหรับ OpenOCD:
```
source [find interface/jlink.cfg]
transport select jtag
source [find target/stm32f4x.cfg]
init
halt
```

2. ตรวจจับอุปกรณ์เป้าหมาย

เรียกใช้คำสั่งเพื่อสแกนโซ่ JTAG และระบุอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ

สำหรับ OpenOCD:
```
openocd -f interface/jlink.cfg -f target/stm32f4x.cfg
```
มองหาอุปกรณ์ที่ตรวจพบในบันทึกเอาต์พุต

3. เนื้อหาหน่วยความจำการถ่ายโอนข้อมูล

ใช้คำสั่ง JTAG เพื่ออ่านภูมิภาคหน่วยความจำ:

สำหรับ OpenOCD:
```
dump_image memory.bin 0x08000000 0x10000
```
- memory.bin: ไฟล์เพื่อบันทึกการถ่ายโอนข้อมูลหน่วยความจำ
- 0x08000000: เริ่มต้นที่อยู่
- 0x10000: จำนวนไบต์ที่จะอ่าน

4. ดำเนินการสแกนขอบเขต

การสแกนขอบเขตตรวจสอบการเชื่อมต่อและการทำงานของพิน IC

ใช้ URJTAG หรือ OpenOCD เพื่อทำการสแกนขอบเขต

ตัวอย่างใน urjtag:

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

ขั้นตอนที่ 4: แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับการดีบัก JTAG

รักษาความปลอดภัยการเชื่อมต่อ: ใช้สายสั้นและเชื่อถือได้เพื่อลดเสียงรบกวน
ตรวจสอบ pinout: ตรวจสอบการเชื่อมต่อ PIN JTAG อีกครั้งเพื่อหลีกเลี่ยงการทำลายอุปกรณ์
เฟิร์มแวร์สำรอง: สำรองเฟิร์มแวร์ดั้งเดิมเสมอก่อนที่จะทำการเปลี่ยนแปลง
ใช้ซอฟต์แวร์ที่ถูกต้อง: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าเครื่องมือที่คุณใช้รองรับอุปกรณ์เป้าหมาย
ตรวจสอบแรงดันไฟฟ้า: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าอุปกรณ์เป้าหมายทำงานในระดับแรงดันไฟฟ้าที่ถูกต้อง

แอปพลิเคชันของ JTAG

การดีบักเฟิร์มแวร์และซอฟต์แวร์
กระพริบเฟิร์มแวร์ใหม่หรือ bootloaders
Extracting data from memory for analysis
Diagnosing PCB manufacturing defects
ฮาร์ดแวร์วิศวกรรมย้อนกลับ

การแก้ไขปัญหา

ไม่พบอุปกรณ์:
- Verify the wiring and pinout.
- Ensure the target device is powered on.
- ตรวจสอบระดับแรงดันไฟฟ้าเพื่อความเข้ากันได้
ข้อผิดพลาด JTAG:
- ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการใช้ไฟล์การกำหนดค่าที่ถูกต้อง
- ลองลดความเร็วนาฬิกา JTAG หากการสื่อสารล้มเหลว
ปัญหาการอนุญาต:
- บน Linux ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณมีสิทธิ์ที่เหมาะสมในการเข้าถึงอุปกรณ์ USB (ใช้งาน sudo หรือกำหนดค่า udev กฎ).

บทสรุป

JTAG เป็นเครื่องมือที่มีค่าสำหรับการดีบักและชิปการเขียนโปรแกรมในระดับต่ำ โดยการทำความเข้าใจพื้นฐานของฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ JTAG คุณสามารถอ่านหน่วยความจำชิปเฟิร์มแวร์ดีบักและทำการสแกนขอบเขต ทดลองใช้เครื่องมือและการกำหนดค่าที่แตกต่างกันเพื่อใช้ JTAG อย่างเต็มที่ในโครงการของคุณ!