JTAG: การเขียนชิปพร้อมโปรโตคอลการทดสอบร่วมกัน

JTAG (กลุ่มทดสอบร่วมกัน) ไม่เพียง แต่ใช้สำหรับการอ่านหน่วยความจำและการดีบักฮาร์ดแวร์ แต่ยังสำหรับการเขียนข้อมูลไปยังชิป ซึ่งรวมถึงเฟิร์มแวร์กระพริบหน่วยความจำการเขียนโปรแกรมและการกำหนดค่า FPGAs บทช่วยสอนนี้จะแนะนำคุณเกี่ยวกับกระบวนการเขียนไปยังชิปโดยใช้ JTAG รวมถึงการตั้งค่าเครื่องมือและแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุด

การเขียน jtag คืออะไร?

การเขียน JTAG หมายถึงการเขียนโปรแกรมหรือข้อมูลกระพริบไปยังวงจรรวม (IC) ผ่านอินเตอร์เฟส JTAG กระบวนการนี้ใช้กันทั่วไปสำหรับ:

เฟิร์มแวร์กระพริบหรือ bootloaders
การเขียนไฟล์กำหนดค่าไปยัง FPGAS
การเขียนโปรแกรมหน่วยความจำที่ไม่ระเหย (เช่น EEPROM, FLASH)
การอัปเดตซอฟต์แวร์หรือเฟิร์มแวร์ในระบบฝังตัว

อินเตอร์เฟส JTAG ให้การเข้าถึงชิปโดยตรงทำให้สามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำเกี่ยวกับหน่วยความจำและการกำหนดค่า

สิ่งที่คุณต้องการ

อะแดปเตอร์ jtag: อินเทอร์เฟซฮาร์ดแวร์สำหรับการสื่อสาร JTAG (เช่น Segger J-Link, สายเคเบิลแพลตฟอร์ม Xilinx, อะแดปเตอร์ที่รองรับ OpenOCD)
อุปกรณ์เป้าหมาย: ชิปหรือระบบที่คุณต้องการโปรแกรม
เครื่องมือซอฟต์แวร์: เครื่องมือเช่น OpenOCD, Urjtag, Vivado (สำหรับ Xilinx) หรือซอฟต์แวร์ J-Link ของ Segger
ไฟล์เฟิร์มแวร์/การกำหนดค่า: ไฟล์ที่จะเขียนลงในชิป (เช่น .bin, .hex, .svf).
เอกสาร JTAG Pinout: แผนภาพ Pinout สำหรับอุปกรณ์เป้าหมาย
อุปกรณ์เสริมการเชื่อมต่อ: สายไฟส่วนหัวและเขียงหั่นขนม (ถ้าจำเป็น)

ขั้นตอนที่ 1: การตั้งค่าฮาร์ดแวร์ JTAG

1. ระบุหมุด JTAG

ปรึกษาแผ่นข้อมูลหรือแผนผัง PCB ของชิปเพื่อค้นหาหมุด JTAG
ฉลาก JTAG PIN ทั่วไปรวมถึง TDI, TDO, TCK, และ TMS.
บอร์ดบางตัวมีส่วนหัว JTAG ที่กำหนดค่าไว้ล่วงหน้า (ตัวเชื่อมต่อ 10 พินหรือ 20 พิน)

2. เชื่อมต่ออะแดปเตอร์ JTAG

เชื่อมต่ออะแดปเตอร์ JTAG ไปยังอุปกรณ์เป้าหมายเพื่อให้แน่ใจว่าการเชื่อมต่อ PIN ที่ถูกต้อง:
- TDI (ทดสอบข้อมูลใน) ถึง TDI
- TDO (ทดสอบข้อมูลออก) ถึง TDO
- TCK (นาฬิกาทดสอบ) ถึง TCK
- TMS (เลือกโหมดทดสอบ) ถึง TMS
- พื้น (GND) ต้องเชื่อมต่อ

3. ตรวจสอบระดับแรงดันไฟฟ้า

ตรวจสอบว่าอะแดปเตอร์ JTAG ตรงกับระดับแรงดันไฟฟ้าของอุปกรณ์เป้าหมาย (เช่น 3.3V, 1.8V)
อะแดปเตอร์บางตัวอนุญาตให้ตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดค่าได้

ขั้นตอนที่ 2: การติดตั้งเครื่องมือซอฟต์แวร์ JTAG

1. OpenOCD

OpenOCD (Open On-Chip Debugger) เป็นเครื่องมือโอเพนซอร์ซยอดนิยมสำหรับการเขียนโปรแกรมและการดีบัก

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

2. เครื่องมือเฉพาะของผู้ขาย

Segger J-Link: ใช้ซอฟต์แวร์ Segger J-Link สำหรับการดำเนินการ JTAG
Xilinx Vivado: เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเขียนโปรแกรม Xilinx FPGAs และ CPLDS
Intel Quartus: สำหรับการเขียนโปรแกรมอุปกรณ์ Intel/Altera

3. urjtag

เครื่องมือที่มีน้ำหนักเบาสำหรับการดำเนินการ JTAG ขั้นพื้นฐานเช่นการเขียนเฟิร์มแวร์

ติดตั้ง เว็บไซต์ของ Urjtag.

ขั้นตอนที่ 3: การเขียนข้อมูลไปยังชิป

1. กำหนดค่าซอฟต์แวร์ JTAG

ตั้งค่าไฟล์กำหนดค่า JTAG เพื่อระบุอะแดปเตอร์และอุปกรณ์เป้าหมาย

ตัวอย่างการกำหนดค่า OpenOCD สำหรับชิป STM32:

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

2. ตรวจจับอุปกรณ์เป้าหมาย

เรียกใช้คำสั่งเพื่อสแกนโซ่ JTAG และตรวจสอบว่าอุปกรณ์เป้าหมายถูกตรวจพบ

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

3. เฟิร์มแวร์แฟลช

เขียนไฟล์เฟิร์มแวร์ลงในชิปโดยใช้คำสั่ง JTAG

ตัวอย่างคำสั่ง OpenOCD:
```
program firmware.bin verify reset exit 0x08000000
```
- firmware.bin: ไฟล์ไบนารีที่จะเขียน
- verify: มั่นใจได้ว่าข้อมูลถูกเขียนอย่างถูกต้อง
- reset: รีเซ็ตอุปกรณ์หลังจากการเขียนโปรแกรม
- 0x08000000: เริ่มต้นที่อยู่ในหน่วยความจำ

4. การกำหนดค่าการเขียนไปยัง FPGA

สำหรับ FPGAs ใช้ .bit หรือ .svf ไฟล์.

ตัวอย่างคำสั่ง urjtag:
```
cable jtagkey
detect
svf configure.svf
```

5. ลบหน่วยความจำก่อนเขียน

อุปกรณ์บางอย่างต้องการการลบหน่วยความจำก่อนกระพริบ

ตัวอย่างคำสั่ง OpenOCD:
```
flash erase_address 0x08000000 0x10000
```

ขั้นตอนที่ 4: แนวปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับการเขียน JTAG

การสำรองข้อมูลเฟิร์มแวร์ที่มีอยู่: อ่านและบันทึกเฟิร์มแวร์ที่มีอยู่เสมอก่อนที่จะเขียนข้อมูลใหม่
ตรวจสอบความสมบูรณ์ของข้อมูล: ใช้ verify คำสั่งเพื่อให้แน่ใจว่าการเขียนโปรแกรมที่ประสบความสำเร็จ
ใช้การเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้: รักษาความปลอดภัยสายทั้งหมดเพื่อป้องกันการทุจริตข้อมูลในระหว่างการเขียน
จับคู่ระดับแรงดันไฟฟ้า: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าอะแดปเตอร์ JTAG และอุปกรณ์เป้าหมายใช้ระดับแรงดันไฟฟ้าที่เข้ากันได้
ตรวจสอบการป้องกันการเขียน: ปิดใช้งานการป้องกันการเขียน (ถ้ามี) ก่อนการเขียนโปรแกรม

แอปพลิเคชันของการเขียน JTAG

เฟิร์มแวร์กระพริบหรือ bootloaders
การเขียนโปรแกรม FPGAs หรือ CPLDS
การอัปเดตซอฟต์แวร์ระบบฝังตัว
การเขียนข้อมูลการกำหนดค่าไปยังหน่วยความจำ
การพัฒนาและทดสอบเฟิร์มแวร์แบบเรียลไทม์

การแก้ไขปัญหา

ไม่พบอุปกรณ์:
- ตรวจสอบสายไฟและ pinout
- ตรวจสอบให้แน่ใจว่าอุปกรณ์ได้รับพลังงานและต่อสายดินอย่างเหมาะสม
เขียนข้อผิดพลาด:
- ตรวจสอบให้แน่ใจว่าภูมิภาคหน่วยความจำไม่ได้รับการป้องกันการเขียน
- ตรวจสอบที่อยู่เริ่มต้นและรูปแบบไฟล์อีกครั้ง
การตรวจสอบล้มเหลว:
- ตรวจสอบการเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้
- ใช้ความเร็วนาฬิกา JTAG ที่ช้าลงเพื่อปรับปรุงความเสถียร

บทสรุป

JTAG เป็นเครื่องมือที่หลากหลายสำหรับการเขียนเฟิร์มแวร์การกำหนดค่าหน่วยความจำและอุปกรณ์การเขียนโปรแกรมในระดับต่ำ โดยทำตามคำแนะนำนี้คุณสามารถใช้ JTAG เพื่อแฟลชเฟิร์มแวร์อัปเดตซอฟต์แวร์และกำหนดค่าฮาร์ดแวร์ได้อย่างมั่นใจ การเรียนรู้การเขียน JTAG ช่วยให้สามารถพัฒนาและบำรุงรักษาระบบฝังตัวได้อย่างมีประสิทธิภาพ!