JTAG已经成为嵌入式系统的标准，市场上几乎所有的微控制器和FPGA都可以使用JTAG。它是以开发它的组织命名的:the联合测试行动组。
如果您在过去几年里编写过微控制器，那么您很有可能使用过JTAG或相关标准之一。因此，有必要问一下:JTAG到底是什么?它是如何工作的?你能用它做什么?
JTAG是什么?
过去的情况是，测试一个有许多IO路径的板需要一些类似钉子床的测试工作台。然而，随着针密度的增加和球栅阵列(BGA)包装变得更加普遍，需要一种新的测试方法。需要一个解决方案，在多个集成电路之间测试硬件互连。
因此，在20世纪80年代，边界扫描被开发出来，并标准化-1990年IEEE 1149.1,测试访问端口和边界扫描架构的IEEE标准。该标准技术已知开发人员和工程师作为JTAG。
JTAG边界扫描
标准本身提供了实施边界扫描：设备上的每个IO引脚都有一个内部逻辑和物理引脚之间的小逻辑单元，并且所有这些逻辑单元都连接，使得它们可以在芯片周围的一个方向上移动数据。可以读取或写入引脚值以测试功能。
此外，它指定了a测试访问端口(TAP)，它是一个逻辑块，负责执行测试和管理沿边界单元的数据流。TAP本质上是一个状态机和几个移位寄存器，可以用来执行命令，比如数据加载和数据读取。但是这个框架是通用的，制造商可以自由地添加命令和逻辑块来提供编程和调试访问。
为什么JTAG如此流行?
那么JTAG如何成为设备编程的代名词？回想一下，任何具有存储器的设备都可以通过首先，解决一个单词和，第二，将数据写入该地址。
早期的存储设备利用异步寻址，通常没有解码，使用类似矩阵的地址方案。数据通过单独的数据引脚提供，每个引脚对应存储字中的位。很快，地址的二进制解码减少了所需的引脚数，并允许更大的内存，后来串行协议的应用允许程序员仅使用几个引脚与设备通信，用于任何大小的内存。
然后，随着JTAG的灵活性允许开发人员实现自定义逻辑，它也是用于编程的。JTAG Tap提供的数据流水线非常适合微控制器和FPGA编程的任务，并且界面的标准化有助于在设备上创建均匀性（但是，正如我们将看到的，实现跨越的各种各样。
标准的进一步扩展，例如ARM的串行电线调试（SWD）以及额外的IEEE 1149.x标准将扩大标准的适用性和实用程序，允许JTAG成为我们今天所知的。
虽然IEEE 1149.1是一个标准，但它给开发人员留下了很多东西。没有标准的引脚，没有标准的连接器，只有一些内置的命令。除了基本状态机之外，许多特性都不需要兼容;甚至边界扫描功能也是可选的。我们将在以后的文章中看到更多这种类型的文章。
随着这个历史课程，让我们继续前进到标准。
测试访问端口(TAP)
图1显示了基本的JTAG架构。
图1所示。JTAG架构示意图
让我们从下往上做。JTAG标准中有四个必需的信号，一个可选信号。所有符合jtag的设备必须具备:
- 测试数据输入(TDI)针
- 测试数据输出(TDO)针
- 一个测试时钟PIN（TCK）
- 一个t美国东部时间模式选择针（TMS）用于控制龙头状态机
的测试复位pin (TRST)，它强制状态机进入重置状态，是可选的，因为重置状态总是可以通过保持TMS低和时钟TCK五次获得。
水龙头控制器
的测试访问点(TAP)由TAP控制器、一个指令寄存器和几个测试数据寄存器组成，此外还有一些胶合逻辑。TAP控制器包含测试状态机，负责解释TCK和TMS信号。数据输入引脚用于将数据加载到物理引脚和IC核心之间的边界单元，并将数据加载到指令寄存器或数据寄存器之一。数据输出引脚用于从边界单元读取数据，或从指令或数据寄存器读取数据。
TAP控制器的状态机由模式选择信号TMS控制，TMS由TCK计时。状态机只有两条“路径”，代表两种不同的模式:指令模式和数据模式。该模式是通过在TMS高位或TMS低位进行时钟选择的。然后，当处于给定模式时，状态机要么前进(TMS高)，要么向复位状态移动(TMS低)。我们将在下一篇文章中详细讨论状态机。
如何使用JTAG
使用JTAG通常是这样工作的:
- 首先，选择指令模式。指令模式'路径'中的一个状态允许用户通过TDI指令时钟。
- 然后状态机继续运行，直到重置为止。
- 对于大多数指令，下一步是选择数据模式。在这种模式下，数据通过TDI加载和/或从TDO读取。TDI和TDO的数据路径将按照已打卡的指令进行配置。
- 当读或写操作完成后，状态机再次进入复位状态。
测试说明和数据寄存器
JTAG标准要求在所有设备中有两个数据寄存器和四个指令。另外6个数据寄存器和13条指令也是标准化的，但不是必需的。
所需的数据登记册如下:
- BSR- “边界扫描寄存器”，将数据传递给边界扫描单元的主寄存器
- 旁路- 一个单位通过THRU寄存器，将TDI连接到TDO，而无需先通过边界扫描单元格
供应商可以根据其设计需求实现其他数据寄存器，无论是标准化的还是特定于设计的。JTAG标准需要实现的唯一指令是:
- ext-使用边界扫描单元执行“外部”边界扫描测试
- 样本和预加载- 设备功能正常的边界扫描
- 旁路-绕过边界扫描单元
常见的JTAG指令
其他建议说明包括:
- IDCODE—输出存储在标识数据寄存器中的标识码
- 夹钳和霍兹—用于隔离设备部件，无损坏风险。HIGHZ强制所有逻辑输出到高阻抗模式，而钳夹强制逻辑输出到特定的值，例如，确保一个设备不响应时，其他设备正在测试
- IC_RESET当一个复位选择寄存器被实现时必须的，允许控制设备复位和功率
- CLAMP_HOLD.,CLAMP_RELEASE,tmp_status.- 通过TMP控制器实现测试模式持久性（TMP）时必须使用
- init_setup.,INIT_SETUP_CLAMP,INIT_RUN—当设备有可编程IO引脚时推荐使用
此外，还有一些在标准中定义但不属于必需或推荐的可选指令:
- 跑步赛- 内置系统测试，内部控制
- int-内部边界扫描测试
- 用户码- 用户可编程ID代码已移出
- ECIDCODE- 电子芯片识别码，硅片的标识符本身
指令被分配二进制代码，并且可以被视为公共（对于最终用户/设计器）或私有（用于设备供应商的设备验证）。大多数指令没有对二进制值的要求，这意味着它是制造商的选择。一个例外是旁路指令，它是{1,1，...，1}，即所有。标准确实要求所有可能的指令二进制代码，无论是有效还是无效，默认为某种明确的行为。
大多数JTAG指令可以广泛地描述为将不同的数据寄存器连接到TDI / TDO路径。旁路指令通过1位移位寄存器将TDI直接连接到TDO，IDcode指令将识别码寄存器连接到TDO，最EXT，Intest，样本，预加载指令全部将边界扫描寄存器（BSR）数据寄存器连接到TDI和tdo，等等。
现在你可能会问，我们应该如何知道指令代码是什么？
正如前面提到的，这是特定于供应商的，但通常JTAG接口将被包装在一个“中间件”架构中，它不仅包括JTAG TAP，还包括接口和连接到设备核心的连接，如闪存、ROM内存或CPU寄存器。中间件架构的一个例子是Arm的coreight架构，尤其是Arm调试接口(ADI)，它以调试端口、访问端口和设备资源的形式为JTAG TAP添加了额外的结构。
结论
现在我们大致了解了JTAG是什么，以及它能做什么。我们看到了JTAG TAP(测试访问端口)，以及一些指令和数据寄存器。
仍然有很多信息覆盖，最重要的是水龙头状态机，这是下一篇文章的主题。通过了解状态机和点击，我们可以开始超出JTAG标准，查看ARM调试接口和特定JTAG接口，如Seggar J-Link和Black Magic Probe。
