北京网站建设及app,深圳做棋牌网站建设哪家服务好,免费咨询平台,福田欧曼etx牵引车文章目录 1. 什么是边界扫描#xff1f;2. JTAG硬件接口3. 边界扫描相关的软硬件4. 学习资料5. 总结 我是怎么了解到边界扫描的呢#xff1f;
这就要从我淘到一块FPGA板卡的事情说起了。
前段时间我在某二手平台上淘了一块FPGA板子#xff0c;它长这样#xff1a; 板子的… 文章目录 1. 什么是边界扫描2. JTAG硬件接口3. 边界扫描相关的软硬件4. 学习资料5. 总结 我是怎么了解到边界扫描的呢
这就要从我淘到一块FPGA板卡的事情说起了。
前段时间我在某二手平台上淘了一块FPGA板子它长这样 板子的整体尺寸很小巧和手掌差不多大外设也很简单
12v供电带一个散热器FPGA芯片是Xilinx XC7K325TFFG676封装芯片等级2I生产日期是2017年21周4路LED3路轻触按键其中一路是Config1路CAN接口没有焊接CAN收发器和电平转换芯片1路USB串口CP2102转换芯片1颗Spansion 128Mb QSPI Flash S25F1281颗有源差分时钟200MHz标准2.54mm 14P下载接口
听卖家介绍说这是之前挖矿盛行时定制矿机中的一块HASH算力卡主要功能是通过串口接收数据FPGA计算出HASH值再通过串口输出由于工作频率较高还外加了散热器后来由于矿难就把矿机中的板卡都处理掉了遗憾的是没有留下任何软硬件资料。
好在价格比较便宜只要150块要知道仅一颗FPGA芯片的价格都不止150块。
板子买来之后接上12v电源板子正常点亮JTAG口也是正常的FPGA芯片也没有加密可以下载调试虽然没有DDR等大容量缓存无法做一些复杂的运算即使跑MicroBlaze也无法运行太大的程序但是对于入门学习FPGA基本知识比如LED按键驱动串口CAN总线SPI接口MicroBlaze SDK入门学习等等足够用了。
遗憾的是不知道芯片的管脚定义最简单粗暴的方式是使用热风枪先把FPGA芯片拆下来然后通过万用表蜂鸣档来确定LED、串口等外设的管脚这种方式风险极高一旦拆下再装上板子有很高的报废风险。
那么有没有一种方式在不破坏板子的情况下可以确定管脚定义呢 经过一番搜索和问询还真发现了一种方式那就是JTAG边界扫描。
简单的理解只要通过JTAG口就可以随意的读取或改变芯片的任意一个管脚状态。
比如要获取按键对应的管脚只要用手按住和松开按键然后通过边界扫描查看FPGA哪个管脚的状态有变化即可确定对于LED虽然是输出方向同样我们也可以把它当成输入人为的通过跳线给定高或低电平通过这种方式串口管脚、CAN管脚时钟管脚都可以一一确定。
下面我将分几个部分带领大家大致了解JTAG边界扫描从JTAG边界扫描介绍、到上位机软硬件再到基于MCU和FPGA的边界扫描实际应用。
1. 什么是边界扫描
提到边界扫描就不得不提JTAG因为边界扫描是JTAG接口的功能之一。
JTAG是Joint Test Action Group的简称即联合测试行为小组。
JTAG对于电子行业的工程师们来说再熟悉不过了无论是搞单片机、ARM开发还是FPGA、DSP开发都离不开这个接口它不仅可以进行程序下载还能在线调试Debug简简单单几根线就完成了如此强大的功能大大的提高了开发效率。
但是你知道吗JTAG协议的设计初衷并不是用来下载程序的。
JTAG中的’T’是Test的缩写没错JTAG接口被设计之初就是用来测试的
上世纪90年代集成电路、芯片设计产业开始迅速发展同时也面临着诸多问题芯片管脚和晶圆之间的连接如何确定是正常的芯片管脚之间是没有短路的芯片被焊接到PCB板上之后如何保证焊接是良好的没有短路、开路芯片外围的电路和与之互联的芯片是正常的呢尤其是一些BGA封装的芯片无法使用探针等方式来直接测量芯片的管脚。
面对这些问题Philips、TI等半导体厂商在1985年成立了联合测试行动小组 即JTAG用来解决这些问题。
尽管人们认为 IEEE 1149.1 标准实际上就是JTAG不过该标准的官方称谓是“标准测试访问端口与边界扫描架构 (Standard Test Access Port and Boundary-Scan Architecture)”。它定义了利用边界扫描检测 PC 电路板的检测访问端口 (TAP) 等。 JTAG协议发展到现在目前主要有三个典型应用 程序下载。即目前最常用的一个功能它可以把用户程序下载到芯片内部的Flash中。 程序调试。即实时监控程序的运动状态并且可以通过加入断点的方式来实时调试程序。 边界扫描。即Boundary-scan也就是JTAG设计的初衷主要用于芯片本身和PCB电路板的硬件测试。
2. JTAG硬件接口
JTAG协议工作的基本逻辑全依赖内部的TAP控制器Test Access Port其实就是一个状态机通过TMS信号来切换不同的状态。 标准的JTAG接口最少需要4个引脚即TCK、TDI、TDO和TMS在IEEE1149.1标准中TRST信号是可选的。
下面是每个信号的定义和功能
Test Clock Input (TCK) TCK 为 TAP 的操作提供了一个独立的、基本的时钟信号TAP 的所有操作都是通过这个时钟信号来驱动的。TCK 在 IEEE 1149.1 标准里是强制要求的。Test Mode Selection Input (TMS) TMS 信号用来控制 TAP 状态机的转换。通过 TMS 信号可以控制 TAP 在不同的状态间相互转换。TMS 信号在 TCK 的上升沿有效。TMS 在 IEEE 1149.1 标准里是强制要求的。Test Data Input (TDI) TDI 是数据输入的接口。所有要输入到特定寄存器的数据都是通过 TDI 接口一位一位串行输入的由 TCK 驱动。TDI 在 IEEE 1149.1 标准里是强制要求的。Test Data Output (TDO) TDO 是数据输出的接口。所有要从特定的寄存器中输出的数据都是通过 TDO 接口一位一位串行输出的由 TCK 驱动。TDO 在 IEEE 1149.1 标准里是强制要求的。Test Reset Input (TRST) TRST可以用来对TAP Controller进行复位初始化。不过这个信号接口在IEEE 1149.1标准里是可选的并不是强制要求的。因为通过 TMS 也可以对 TAP Controller 进行复位初始化。
以Jlink的JTAG接口为例可以看到标准的4个JTAG管脚 以下是JTAG接口的使用示意 每个管脚都有一个边界扫描寄存器单元在时钟的驱动下每个管脚的信号在寄存器单元之间依次流动从而实现每个管脚状态的控制和读取。
3. 边界扫描相关的软硬件
理论上只要支持JTAG协议的调试器、下载器都可以用来进行边界扫描测试不过可能需要开发相对应的上位机软件。
本文介绍常见的两款边界扫描测试方案。
JLink TopJTAG Probe
TopJTAG是一款非常简洁、实用的边界扫描测试软件支持多种调试器比如最常用的JLink、USB-Blaster等等。我会在后面的文章单独介绍这款软件配合Jlink来进行边界扫描测试。
X-JTAG
一套非常专业的边界扫描方案研发公司位于英国剑桥包括调试器和上位机功能极其强大当然售价也不菲广泛应用于航天、汽车、国防、医疗、通信等专业领域。 4. 学习资料
一位国外小哥在YouTube发布的视频EEVblog#449-什么是JTAG以及边界扫描B站有人搬运了地址是
https://www.bilibili.com/video/BV1TT4y1e7HU还有一个是《ARM JTAG调试原理》文档很精简只有22页可以对JTAG协议有个初步了解。
http://www.micetek.com.cn/technic/jtag.pdfJTAG协议的官方文档JTAG_IEEE-Std-1149.1-2001
https://fiona.dmcs.pl/~rkielbik/nid/JTAG_IEEE-Std-1149.1-2001.pdf虽然不是最新版本的但是对于学习JTAG协议的参考来说足够了。
5. 总结
对了开头介绍的那款板卡我使用边界扫描获取到的管脚定义如下
####################################################################
# Copyright(C), 2010-2023, https://blog.csdn.net/whik1194
# ModuleName : top.xdc
# Date : 2023-03-04
# Time : 23:55:00
# Author : whik1194
# Function : Pin constraint
# Version : v1.0
# Version | Modify
# ----------------------------------
# v1.0 first version
####################################################################set_property PACKAGE_PIN AA10 [get_ports gclk_p]
set_property PACKAGE_PIN D9 [get_ports greset]
set_property PACKAGE_PIN D8 [get_ports key]
set_property PACKAGE_PIN G20 [get_ports led1]
set_property PACKAGE_PIN H19 [get_ports led2]
set_property PACKAGE_PIN E20 [get_ports led3]
set_property PACKAGE_PIN F19 [get_ports led4]set_property PACKAGE_PIN F8 [get_ports uart_rxd]
set_property PACKAGE_PIN F9 [get_ports uart_txd]
set_property PACKAGE_PIN G14 [get_ports can_rx]
set_property PACKAGE_PIN H14 [get_ports can_tx]set_property IOSTANDARD DIFF_SSTL12 [get_ports gclk_p]
set_property IOSTANDARD DIFF_SSTL12 [get_ports gclk_n]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports greset]
set_property IOSTANDARD LVCMOS25 [get_ports led1]
set_property IOSTANDARD LVCMOS25 [get_ports led2]
set_property IOSTANDARD LVCMOS25 [get_ports led3]
set_property IOSTANDARD LVCMOS25 [get_ports led4]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports key]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports uart_rxd]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports uart_txd]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports can_rx]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports can_tx]#QSPI set_property BITSTREAM.GENERAL.COMPRESS TRUE [current_design]
set_property BITSTREAM.CONFIG.CONFIGRATE 50 [current_design]
set_property BITSTREAM.CONFIG.SPI_BUSWIDTH 4 [current_design]如果哪位朋友也买了这款板子欢迎互相交流学习
