Interfaces y conectores JTAG

Obtenga más información sobre las interfaces y los conectores que se utilizan para implementar JTAG.

En artículos anteriores, hemos echado un vistazo al estándar JTAG original, IEEE 1149.1. Esto incluyó el puerto de acceso de prueba (TAP) de JTAG, que permite al usuario manipular una máquina de estado para acceder a los componentes internos del dispositivo y ejecutar pruebas de escaneo de límites.

Pero si bien esta información es esencial para comprender JTAG, también es necesario comprender el lado físico, incluidos los conectores y los pines, y las interfaces comerciales JTAG disponibles en el mercado. En este artículo, vamos a remediar la situación, adoptando un enfoque menos teórico del JTAG en su conjunto.

Conectores JTAG

No hay un conector estándar para JTAG. La mayoría de las veces, el “conector JTAG” es un encabezado macho estándar, como un encabezado de 0,1 ”o un encabezado de paso más fino. Como hemos visto, solo se requieren cuatro (o cinco) pines para operar un JTAG TAP. Sin embargo, un dispositivo que se utiliza para "comunicarse" con el TAP, llamado interfaz JTAG, también necesita conexiones eléctricas y de tierra, y los diseñadores pueden incluir otras conexiones en el encabezado JTAG si lo desean.

Entonces, dada una placa, ¿cómo debería un diseñador proporcionar acceso a JTAG? Y, dada una nueva placa, ¿dónde debería buscar para encontrar el conector JTAG?

Aunque no existe un encabezado estándar para las interfaces JTAG, varios tipos de encabezados se han vuelto más o menos estandarizados entre los fabricantes. Estos incluyen el ARM JTAG 20, el ARM JTAG 14, el TI JTAG 14, el STDC14 de STMicroelectronics, el encabezado OCDS de 16 pines [pdf] de Infineon, el CoreSight 10, el CoreSight 20, el MIPI 34 y el Mictor 38 . Segger define sus conectores J-Link y J-Trace como casi idénticos al ARM JTAG 20.

La mayoría de los conectores son conectores macho con o sin cubierta, con 10, 14 o 20 pines y un paso de pines de 0,1 ”o 0,05”. En la Figura 1 se muestran ejemplos.

Figura 1. Encabezados comunes utilizados para conectarse a interfaces JTAG.

Los pines para varias interfaces JTAG (vinculados arriba) se muestran en la Figura 2. Aquí encontrará los pines estándar para JTAG (TDI, TDO, TCK, TMS, nTRST), así como la depuración de cables en serie (SWDIO, SWCLK, SWO ) y funciones adicionales para la depuración, como el seguimiento del núcleo.

Figura 2. Pinouts de varias interfaces JTAG, que se muestran en encabezados macho cubiertos de 0.1 ”en este caso.

Particularmente notables entre los pines agregados son nSRST (reinicio completo del sistema), que obliga al objetivo a reiniciarse por completo, y VTREF (referencia de objetivo de voltaje), conectado al riel de suministro del objetivo para el cambio de nivel del hardware de la interfaz JTAG.

Interfaces JTAG

Varias interfaces JTAG (también llamadas sondas de depuración JTAG) están disponibles en el mercado. En el ámbito del hardware de código abierto, está Black Magic Probe o BMP, desarrollado por 1BitSquared y Black Sphere Technologies, utilizado como interfaz ARM JTAG, que cuenta con una comunidad grande y activa que lo respalda. Black Magic Probe también puede referirse a cualquier interfaz JTAG cuyo firmware se haya reemplazado por el firmware de Black Magic Probe.

Las sondas de depuración comerciales y ampliamente utilizadas de Segger incluyen J-Link (que se muestra en la Figura 3) y J-Trace, una sonda de depuración considerablemente más avanzada y capaz, adecuada para aplicaciones industriales. Donde el J-Link se puede encontrar por menos de $ 100 con una licencia educativa, o por entre $ 400 y $ 1,000 para aplicaciones comerciales, el J-Trace cuesta entre $ 1,700 y $ 2,500.

Figura 3. Sonda de depuración Segger J-Link PRO e interfaz JTAG

Los proveedores específicos también venderán interfaces JTAG para sus productos. STMicroelectronics proporciona la serie STLINK (incluyendo STLINK / V2 y STLINK-V3SET) para sus productos STM8 y STM32, Atmel (ahora Microchip) proporciona Atmel-ICE, NXP tiene la sonda de depuración S32; la lista continúa.

Los FPGA también usan JTAG para descargar flujos de bits en dispositivos / memorias, pero estas interfaces se denominan más a menudo cables de descarga. Los ejemplos incluyen el Platform Cable II de Xilinx y el cable de descarga FPGA de Altera, anteriormente conocido como USB-Blaster II, ahora rebautizado como Intel FPGA Download Cable II.

Entonces, ¿qué está pasando exactamente en estos dispositivos que los hace tan caros? ¿Qué funciones admiten y cómo las usa un diseñador? Por lo general, si miras dentro de una sonda de depuración de gama baja, encontrarás lo siguiente:

• Un microcontrolador como controlador JTAG principal
• Una interfaz USB, que puede estar incrustada en el microcontrolador o puede venir por separado, por ejemplo, en un chip FTDI
• Circuitos de cambio de nivel para compatibilidad lógica
• Circuitos de conmutación para habilitar y deshabilitar diferentes rutas, pull-ups, etc.

Y eso es todo. Como ejemplo, mire los archivos de hardware de Black Magic Probe, disponibles en Github. Gran parte del trabajo (y el costo) proviene del software, que proporciona herramientas de depuración potentes (a veces en tiempo real) que permiten al desarrollador aprovechar al máximo la arquitectura Arm CoreSight.

Conclusión

Hasta este punto, hemos cubierto el estándar JTAG, incluido el puerto de acceso de prueba (TAP) y su máquina de estado. En este artículo, echamos un vistazo al lado físico de JTAG, investigando los conectores e interfaces disponibles para el diseñador desde el código abierto hasta el comercial de gama alta.

A partir de aquí, todo lo que queda es una mirada más cercana a la arquitectura Arm CoreSight y su interfaz de depuración (ADI), que incluirá la alternativa JTAG de depuración de cables en serie (SWD) cada vez más común.