基于JTAG的MCU调试模块设计与实现

摘要

嵌入式微控制器(MCU)片内集成了CPU、通信接口、模数和数模外设、内存等部件,已逐渐发展成为片上系统(SOC),简化了应用系统设计,使计算机技术从大型的通用型数值计算领域进入到小型化、智能化领域,扩大了计算机技术的应用范围。
　　在嵌入式系统开发过程中,系统软硬件调试是嵌入式系统开发的重要环节,一个高效强大的调试系统可以大大缩短系统的开发周期,增强产品的竞争力。在嵌入式应用系统中,如何利用可控的调试手段实现对芯片内部测试与软件运行状态监控一直是微控器调试技术的一个难点。目前基于JTAG协议标准(IEEEStandard1149.1-TESTAccessPortandBoundary-ScanArchitecture)的在线调试技术仍是嵌入式应用系统最有效的调试方式。
　　基于JTAG标准的调试技术,就是在MCU芯片内设计符合JTAG协议标准的内嵌调试结构和模块,实现对目标CPU启停控制,设置程序计数器,读/写内存,块读/写,设置硬件断点以及对片内FLASH在线擦除编程等操作,方便用户对MCU应用系统的在线开发调试。
　　MCU内嵌JTAG接口后,MCU程序的下载以及片上存储器的读写就可以通过JTAG接口进行。但一般实现的JTAG接口安全性较差,只要符合JTAG标准的控制器就可以将程序代码读出。本文结合一款16位低功耗微控制器(MCU)的设计,提出了一种JTAG调试功能模块的结构设计,在芯片上集成了JTAG熔丝,应用开发工程师在软件开发结束后可以通过熔断JTAG熔丝的方法,使得非授权用户无法读取片内存储器的内容,保护了自身的知识产权。同时对部分JTAG引脚采用多功能复用设计,节省的引脚资源可用于外设以丰富产品的功能,或是缩小封装体积,实现小型化,降低使用成本。在此基础上,采用0.25umCMOS工艺,完成了芯片的电路和版图设计,并进行了流片和测试。

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1 绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2课题的研究主要内容

1.3课题的研究成果

1.4论文内容及结构安排

2 JTAG总体结构

2.1 JTAG简介

2.2 微控器简介

2.3 JTAG总体结构

2.4 小结

3 JTAG各组成模块设计

3.1 TAP控制器设计

3.2 指令寄存器设计

3.3测试数据寄存器设计

3.4 熔丝检测设计

3.5 EEM模块设计

3.6 小结

4 JTAG调试功能的配置及实现

4.1 JTAG对CPU的启停控制

4.2 设置程序计数器

4.3 CPU从JTAG控制中释放

4.4 访问非FLASH存储空间

4.5 JTAG控制FLASH

4.6小结

5 仿真验证

5.1 指令寄存器，数据寄存器操作

5.2 通过JTAG对CPU的操作

5.3 通过JTAG对FLASH操作

5.4 通过JTAG 对SRAM的操作

5.5 对熔丝的各项操作

5.6 本章小结

6 版图设计及测试

6.1 版图实现

6.2 测试环境搭建

6.3 小结

7 结论与展望

致 谢

参考文献