Connecteurs et interfaces JTAG

Découvrez les interfaces et les connecteurs utilisés pour implémenter JTAG.

Dans les articles précédents, nous avons examiné la norme JTAG d'origine, IEEE 1149.1. Cela comprenait le port d'accès de test JTAG (TAP), qui permet à l'utilisateur de manipuler une machine d'état pour accéder aux composants internes de l'appareil et d'exécuter des tests d'analyse de limite.

Mais si ces informations sont essentielles pour comprendre JTAG, il est également nécessaire de comprendre le côté physique, y compris les connecteurs et les brochages, et les interfaces JTAG commerciales disponibles sur le marché. Dans cet article, nous allons remédier à la situation en adoptant une approche moins théorique du JTAG dans son ensemble.

Connecteurs JTAG

Il n'y a pas de connecteur standard pour JTAG. Le plus souvent, le "connecteur JTAG" est un connecteur mâle standard, tel qu'un connecteur 0,1" ou un connecteur à pas plus fin. Comme nous l'avons vu, il n'y a que quatre (ou cinq) broches nécessaires pour faire fonctionner un JTAG TAP. Cependant, un appareil qui est utilisé pour « communiquer » avec le TAP—appelé une interface JTAG— a également besoin de connexions d'alimentation et de terre, et les concepteurs peuvent inclure d'autres connexions sur l'en-tête JTAG s'ils le souhaitent.

Alors, étant donné une carte, comment un concepteur devrait-il fournir un accès JTAG ? Et, étant donné une nouvelle carte, où chercher pour trouver le connecteur JTAG ?

Bien qu'il n'y ait pas d'en-tête standard pour les interfaces JTAG, plusieurs types d'en-têtes sont devenus plus ou moins standardisés parmi les fabricants. Ceux-ci incluent l'ARM JTAG 20, l'ARM JTAG 14, le TI JTAG 14, le STDC14 de STMicroelectronics, l'en-tête OCDS 16 broches [pdf] d'Infineon, le CoreSight 10, le CoreSight 20, le MIPI 34 et le Mictor 38 Segger définit ses connecteurs J-Link et J-Trace comme étant presque identiques à l'ARM JTAG 20.

La plupart des embases sont des embases mâles gainées ou non gainées, avec 10, 14 ou 20 broches et un pas de broche de 0,1" ou 0,05". Des exemples sont présentés dans la figure 1.

Figure 1. En-têtes communs utilisés pour la connexion aux interfaces JTAG.

Les brochages pour diverses interfaces JTAG (liées ci-dessus) sont illustrés à la figure 2. Vous trouverez ici les broches standard pour JTAG (TDI, TDO, TCK, TMS, nTRST), ainsi que le débogage de fil série (SWDIO, SWCLK, SWO ) et des fonctions supplémentaires pour le débogage, comme le traçage du noyau.

Figure 2. Brochages de diverses interfaces JTAG, montrés sur des en-têtes mâles enveloppés de 0,1" dans ce cas.

Les broches ajoutées sont particulièrement remarquables :nSRST (réinitialisation complète du système), qui force la cible à se réinitialiser complètement, et VTREF (référence cible de tension), connectée au rail d'alimentation cible pour le changement de niveau matériel de l'interface JTAG.

Interfaces JTAG

Plusieurs interfaces JTAG (également appelées sondes de débogage JTAG) sont disponibles sur le marché. Dans le domaine du matériel open source, il y a la Black Magic Probe ou BMP, développée par 1BitSquared et Black Sphere Technologies, utilisée comme interface ARM JTAG, qui est soutenue par une communauté large et active. Black Magic Probe peut également faire référence à toute interface JTAG dont le micrologiciel a été remplacé par le micrologiciel Black Magic Probe.

Les sondes de débogage commerciales et largement utilisées de Segger incluent le J-Link (illustré à la figure 3) et le J-Trace, une sonde de débogage considérablement plus avancée et capable, adaptée aux applications industrielles. Là où le J-Link peut être trouvé pour moins de 100 $ sous une licence éducative, ou entre 400 $ et 1 000 $ pour des applications commerciales, le J-Trace coûte entre 1 700 $ et 2 500 $.

Figure 3. Sonde de débogage Segger J-Link PRO et interface JTAG

Des fournisseurs spécifiques vendront également des interfaces JTAG pour leurs produits. STMicroelectronics fournit la série STLINK (y compris le STLINK/V2 et le STLINK-V3SET) pour leurs produits STM8 et STM32, Atmel (maintenant Microchip) fournit l'Atmel-ICE, NXP a la sonde de débogage S32—la liste est longue.

Les FPGA utilisent également JTAG pour télécharger des flux de bits sur des périphériques/mémoires, mais ces interfaces sont plus souvent appelées câbles de téléchargement. Les exemples incluent le câble Platform Cable II de Xilinx et le câble de téléchargement FPGA d'Altera, anciennement connu sous le nom d'USB-Blaster II, maintenant rebaptisé Intel FPGA Download Cable II.

Alors, que se passe-t-il exactement dans ces appareils qui les rend si chers ? Quelles fonctions prennent-ils en charge et comment un concepteur les utilise-t-il ? Généralement, si vous regardez à l'intérieur d'une sonde de débogage bas de gamme, vous trouverez ce qui suit :

• Un microcontrôleur comme contrôleur JTAG principal
• Une interface USB, qui peut être intégrée au microcontrôleur ou peut être fournie séparément, par exemple, une puce FTDI
• Circuits de changement de niveau pour la compatibilité logique
• Circuits de commutation pour activer et désactiver différents chemins, pull-ups, etc.

Et c'est à peu près tout. À titre d'exemple, regardez les fichiers matériels de Black Magic Probe, disponibles sur Github. Une grande partie du travail (et des coûts) vient du côté logiciel, fournissant des outils de débogage puissants (parfois en temps réel) qui permettent à un développeur de tirer le meilleur parti de l'architecture Arm CoreSight.

Conclusion

Jusqu'à présent, nous avons couvert la norme JTAG, y compris le port d'accès de test (TAP) et sa machine à états. Dans cet article, nous avons examiné le côté physique de JTAG, en étudiant les connecteurs et les interfaces disponibles pour le concepteur, de l'open source au haut de gamme commercial.

À partir de là, il ne reste plus qu'à examiner de plus près l'architecture Arm CoreSight et son interface de débogage (ADI), qui inclura l'alternative JTAG de débogage de fil série (SWD) de plus en plus courante.