JTAG 如何用作调试器？

Posted 2023-03-27

【中文标题】JTAG 如何用作调试器？

【英文标题】：How is a JTAG used as a debugger?

【发布时间】：2014-02-05 00:38:16

【问题描述】：

我了解 JTAG 过去如何用作边界扫描仪（http://www.fpga4fun.com/JTAG1.html 的解释非常清晰）。但是我看不出这些天 JTAG 是如何用作硬件级调试器的（有点类似于在线仿真器）。

1.谁能解释一下 JTAG 如何用作硬件级调试器？

我的假设是必须有一些额外的片上硬件有助于调试，而 JTAG 仅驱动该硬件以获取调试信息。如果我的理解是正确的 -

2a。那是什么硬件？

2b。有标准吗？

我相当怀疑标准部分，因为我看到的所有基于 JTAG 的硬件级调试器的实现都各不相同。

最后，将 JTAG 称为硬件级调试器确实令人困惑，而 JTAG 标准并未定义任何此类内容。那么 JTAG 用于此时是否有不同的名称？

【参考方案1】：

JTAG 只是一种与芯片内部接口的简单方法，它与“常规”芯片功能一起工作。它基本上是一个多模（同步）串口。

通过直接访问引脚来实现边界扫描。

正如您推测的那样，另一个是访问芯片内部的额外硬件。可以设置该硬件以提供（例如）硬件断点、读取寄存器和任意内存位置的能力、编程内部闪存等。这些都是调试器应用程序可以使用的东西。

JTAG 标准为设备特定的扩展提供了空间，这些扩展始终旨在供芯片设计人员用来提供这些类型的功能。尝试标准化接口，包括 JTAG 以及与调试硬件的更高速率连接，称为Nexus。但是，我只见过飞思卡尔实施它，所以它似乎不像人们希望的那样有用！

关于术语，是的，将“JTAG”单独称为硬件调试器可能是错误的。我不完全确定“JTAG”是什么（如问题标题中所用）-也许“JTAG pod”或“JTAG 接口模块”会更好？

但是，诸如“JTAG 调试访问”甚至“JTAG 调试器”（实际上是“JTAG 编程器”对于那些只是使用它来对闪存进行编程的用户来说）这样的短语是常用的（至少在英国！）和在我看来并不令人困惑，将接口方法和提供的功能结合起来。

【讨论】：

IIRC，JTAG 定义了状态机和电传输编码方式，所以我认为 JTAG 是一种“硬件协议”。实际上，在名称中有一个“[T]est”，我真的会避免认为它是一个调试器，因为主要/传统的边界扫描功能几乎没有。将 JTAG 称为调试器就像将 SPI 或 I2C 称为调试器。我不是专家，但我相信不仅飞思卡尔做了一些 JTAG 调试。我喜欢玩旧硬件并尝试“破解”它，我经常在数据表中看到芯片不仅可以测试/可编程，而且可以通过 JTAG 命令进行步进

它通常被称为一些制造商商标的花哨名称，例如莱迪思的 ispTHINGY，但深入到它们使用 JTAG 定义的类似 0/1 编码的位中，只是扩展了一些新的子状态.. 无论如何我又开始唠叨了，对不起..

相反，我从不将 JTAG 用于板级测试，仅用于调试。我认为过多阅读首字母缩写词是一个错误（就像许多首字母缩写词一样：）而且 JTAG 被明确设计为具有制造商扩展以用于类似调试的目的，因此它无法与 SPI 等相媲美。而且我不建议调用 JTAG一个调试器。它的 is 然而一个有用且广泛使用的调试器 interface

【参考方案2】：

fyi：我不确定我是否理解你，你可能已经知道/理解我在下面写的所有内容，也许比我更好。给我留言，我会删除答案。

1/2a：使用的硬件“只是”一些额外的寄存器和逻辑电路，它们形成/注入额外（正交！）状态到标准 JTAG 状态机中。

如果您了解 JTAG 协议如何执行边界扫描以及如何从设备推送/拉出比特流，您应该能够想象它是如何用于对片上存储器组进行编程的。想象一下典型的菊花链，不是在芯片之间，而是在芯片内部。

假设设备有一些可编程的持久内存。有了更多的触发器和门，器件在实际内存的 JTAG 链之前或之后形成了一个额外的缓冲区：

输入 -> xflops -> 内存 -> yflops -> 输出

假设 x/mem/y = 16/1024/0。现在，链有 1040 位。前面的 xflops 不会直接影响内存，反之亦然。 xflops 现在可能链接到驱动内存的内置内部编程器的控制线。

input -> progcmd -> memory -> output

芯片内部的逻辑电路现在可以对一些 16 位“幻数”（即“写命令”）做出反应，这将触发持久性存储器的写/擦除过程。任何其他 16 位值都将被忽略，设备的行为类似于 1024 r/o 数据后跟 16 位回显或零。

好的，所以我们有一个简单的设备上“控制器”，可以在“真实设备”上执行操作。如果你扩展这个想法，即控制器具有 states 可以控制哪些子设备连接到链上，on the fly：

default chain after reset is:
   input -> progcmd -> output 
if now the controller gets ENABLE_WRITE it attaches MEM to chain
   input -> progcmd -> memory -> output
then controller reacts to WRITE and ABORTs on everything else
   input -> progcmd -> output
controller ges VERIFY, it reattaches MEM again but in READONLY mode
   input -> progcmd -> memory -> output
etc

这当然只是一个额外的状态机。以类似的方式，您几乎可以执行任何花哨的操作，包括冻结、步进、读/写寄存器等调试。但所有这些都需要在相关芯片中内置 吨 额外逻辑。实际上，它在一个芯片中包含多个设备。

2b：不幸的是，我不能多说，因为我对这个主题太陌生了；）我知道许多制造商形成了自己的内部标准，“控制器”只是在模型之间共享，有时在芯片系列之间共享，但我'没有听说过制造商之间通用的任何'全球'标准。

【参考方案3】：

JTAG 具有独特的接口，使您能够轻松地实时调试硬件。它可以通过软件直接控制所提供控制器的时钟周期。因此，您可以在代码执行中放置硬件断点。您可以根据需要在硬件中启动、暂停、停止执行代码。

只要 JTAG 控制设置为1 振荡器时钟将连接到 CPU，否则 CPU 将不会接收时钟并且无法执行任何指令。这样您可以控制硬件中指令的执行。