JTAG基本原理與除錯

jtag(joint test action group)聯合測試行動小組)是一種國際標準測試協議（ieee 1149.1相容），主要用於晶元內部測試。現在多數的高階器件都支援jtag協議，如dsp、fpga器件等。標準的jtag介面是4線：tms、 tck、tdi、tdo，分別為模式選擇、時鐘、資料輸入和資料輸出線。

不過從上面得出來的資訊知道，jtag是乙個協議，標準有4個引腳，用於晶元的測試與程式設計除錯。

jtag是有硬體實現的。

在cpu（注意：這裡的cpu是指運算處理單元，只包含了內部暫存器以及運算單元等基本部件）外圍，處理器（即cpu擴充套件晶元，不是soc）內部包含了jtag的硬體實現，並且向外界提供介面，也就是上面所說的tms，tck，tdi，tdo，四個引腳。

如圖：

邊界掃瞄鏈

jtag如何用於晶元測試呢？　其中用到的最主要部件就是邊界掃瞄鏈。

命名為邊界掃瞄鏈，是由於它位置處於處理器的邊界上。

我們知道cpu是通過引腳與外圍交流的，所有的資料都會通過引腳輸入或者輸出，而jtag就是通過監控引腳的訊號達到晶元測試的目的。

而邊界掃瞄鏈就是在引腳上的乙個部件。如下圖：

通過邊界掃瞄鏈，當有訊號輸入的時候，邊界掃瞄鏈就能獲取訊號，當cpu要輸出訊號的時候，邊界掃瞄鏈也能獲取要輸出的訊號。

另外也可以通過邊界掃瞄鏈來直接向外部輸出訊號。

無論是訊號的抓取還是輸出，都需要有介面來儲存這些訊號，tdi跟tdo就是做這樣一些工作的。

如圖：

本來邊界掃瞄鏈儲存著引腳上的訊號，當通過tdi引腳輸入我們自己的訊號的時候，會發生沿上面紅線方向的移位操作，

tdi ——〉 邊界掃瞄鏈 —— 〉 tdo

就能從tdo獲取邊界掃瞄鏈上的訊號，我們從tdi輸入的訊號也會到邊界掃瞄鏈上去。

在cpu跟外界通訊的引腳上的資料無非就是 指令 跟 資料訊號（包括位址跟資料） 兩種。但是這兩者的結合形成了乙個完整的程式，能對它們進行監控就表明我們能進行程式的除錯。

上面的只是jtag最基本的原理，要對程式更好的除錯還需要控制部件，還有更多暫存器的結合等等。

下面是乙個完整的jtag除錯部件：

更詳細的jtag資訊可以看看

下面來講講arm上的jtag除錯，openocd就是乙個jtag的除錯工具

以下基於s3c2440，openocd

我們在除錯程式的時候，通常需要設定斷點，斷點也就是指令所在的位置，

斷點分為兩種：硬體斷點跟軟體斷點

硬體斷點：指令的位址。當cpu要去某個位址取指令的時候，就暫停cpu的執行。在s3c2440上只支援兩個硬體斷點

軟體斷點：軟體斷點不限制斷點的個數，因此硬體斷點的方法是不可用的。當我們需要在某個指令上打斷點的時候，openocd會先去取得斷點的位址，然後把每個斷點處的值替換成某個特定的值（如deeedeee），當cpu取資料的時候得到該特定的值，就知道到達了斷點位址，暫停cpu的執行，去除斷點的時候再把原本的值換回去。如果沒指定硬體斷點的話，一般都預設是軟體斷點。

另外openocd對於軟體斷點有特定的要求：

1.程式必須位於它的鏈結位址上，即如果指定了. = 0x30000000,那麼程式必須實際上是位於0x30000000這個地方，也就是說程式必須已經重定位好，位於它的鏈結位址。

2.程式必須按照某種特定的順序排放：

sections

.rodata align(4) : 
.data align(4) : 
.bss align(4) : 
}

這就需要有除錯資訊，也就是在編譯的時候加上 -g 給程式新增除錯資訊。

eclipse對gdb進行了進一步的封裝（gui），我們可以通過對eclipse進行某些設定達到除錯arm程式的目的。

1.首先把檔案加入工程

2.設定除錯配置：

點工具欄上的小蟲子

debug configurations...

新建乙個除錯配置

選擇選項卡debugger，gdb debugger： 選擇為arm-elf-gdb

選擇選項卡commands， 'initialize'conmmands 下輸入命令：

target remote 127.0.0.1:3333　　　　//連線openocd

load　　　　　　　　　　　　　　　　//引導程式到記憶體

break _start　　　　　　　　　　　　//設定斷點到_start

c　　　　　　　　//continue繼續執行

3.當然，上述程式是在記憶體執行的，但是開發板一開始的時候記憶體還沒初始化，是不可用的，因此我們需要先設定記憶體

在openocd的命令控制台上（telnet 127.0.0.1 4444進入openocd控制台）

halt　　　　//暫停cpu

load_image　　init.bin　　0 　　//載入記憶體初始化程式 init.bin 到 0 位址

resume 　0　　　　//在0位址開始執行

halt　　//暫停cpu

然後就可以debug了

debug時，當執行到斷點處的時候，我們可以看到某些暫存器或者變數的值，這些值在eclipse上顯示：

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