利用MxTNI JTAG庫和SVF文件編程Xilinx PROM器件
本應用筆記闡述了如何利用MxTNI? JTAG庫以及串行向量格式(SVF)文件來編程Xilinx? PROM器件。假定讀者已經對JTAG和可編程邏輯器件有了一定認識。
介紹
Maxim微型網絡接口(MxTNI)是Dallas Semiconductor (Maxim Integrated的全資子公司)開發的一個平臺。它包含了一套小型卻功能強大的芯片組以及Java?可編程虛擬機。芯片組具有處理、控制、器件級通信和網絡互連的能力。為了和任何JTAG器件通信，TINIs400適配板在J21端具有4引腳JTAG輸出。 這些引腳將直接連到JTAG器件上標準JTAG引腳TDI、TDO、TMS和TCK。
在系統編程PROM可以進行單獨編程，或者級連編程。鏈中的所有器件共享TCK和TMS信號。MxTNI的TDI信號接到邊界掃描鏈中第一個器件的TDI輸入端。第一個器件的TDO信號接到鏈中第二個器件的TDI輸入上，如此連接下去。鏈中的最后一個器件的TDO輸出接到MxTNI的TDO引腳上，見圖1所示。
圖1. 所有JTAG操作都通過器件的測試訪問端口進行控制
所有JTAG操作都是由器件的測試訪問端口(TAP)控制的。TAP包括四個信號：TMS、TDI、TDO和TCK。 這些信號通過TAP控制器，即16狀態有限狀態機與器件相互作用。JTAG的TMS信號控制狀態間的轉換。指令和數據由TDI引腳移入器件，并由TDO引腳移出。TDI和TDO信號的所有狀態轉換和行為都與TCK同步。見 圖2 。
圖2.
所有JTAG操作都是將數據移入或移出JTAG指令和數據寄存器。TAP控制器可對所有這些寄存器直接訪問。有兩類JTAG寄存器：指令寄存器(IR)和數據寄存器(DR)。訪問IR通過移位-IR (Shift-IR)狀態實現，而訪問DR通過移位-DR (Shift-IR)狀態實現。IR長度通常是大于2位的任意長度。除了由IEEE? Std. 1149.1定義的BYPASS指令為全1以外，生產商定義所有其它的指令位碼。
在本應用筆記中，JAVA樣例代碼將解釋說明串行向量格式(SVF)文件來進行編程。這里所用的SVF是描述高層IEEE 1149.1 (JTAG)總線操作的語法規范。JTAG設備和軟件提供商已經將SVF作為標準用于數據交換。SVF以緊湊和可移植的形式描述JTAG鏈操作。SVF文件通過描述需要移入器件鏈的信息，記錄JTAG操作。通過Xilinx iMPACT (詳細信息見下面)軟件，將JTAG操作記錄在SVF文件中。SVF文件寫成ASCII文本形式，因此可以在任何文本編輯器中人工讀、修改和寫。“許多第三方編程工具使用SVF文件作為輸入，這樣利用包含在SVF文件中的信息可以對JTAG鏈中的Xilinx器件編程。”
JTAG庫簡要說明
所開發的JTAG類庫可幫助用戶使用MxTNI與JTAG器件進行通信。一個可能的應用是：從遙遠的位置對可編程邏輯進行動態和在系統更新。用戶能夠將TAP控制器初始化到初始狀態、瀏覽16個狀態、獲得或設置TAP狀態、產生時鐘信號、發送命令和數據等等。以下為JTAG類方法的簡要說明：
- public jtag(): 加載jtag庫。
- public String getVersion(): 返回jtag類的版本。
- public int runClock( int numticks ): 以numticks指定的數量運行時鐘。
- public byte initialize(): 先將TMS置高達五個TCK時鐘脈沖，然后TMS置低1個時鐘并進入缺省狀態Run-Test-Idle。
- public byte setState( byte aState ): 將目標狀態設置為aState指定的狀態。
- public byte getState(): 返回目標狀態。
- public byte scanState( byte state ): 將TAP控制器的狀態機轉換到參數state指定的狀態。
- public String displayState(byte state): 顯示TAP控制器的狀態。
- public byte waitState( int msecs ): 進程延時一定毫秒數。
- public byte getTDO(): 獲得引腳TDO的當前狀態。
- public void setTDI(byte logic): 引腳TDI設定為指定的邏輯狀態。
- public byte getTDI(): 獲得引腳TDI的當前狀態。
- public void setTMS(byte logic): s引腳TMS設定為指定的邏輯狀態。
- public byte getTMS(): 獲得引腳TMS的當前狀態。
- public void setTCK(byte logic): 引腳TCK設定為指定的邏輯狀態。
- public byte getTCK(): 獲得引腳TCK的當前狀態。
- public byte sendNrcv(byte[] data, int offset, int size, byte numberOfBits, boolean state, boolean update, byte extraHeaderClock, byte HeaderBitVal,byte extraTrailerClock, byte TrailerBitVal): 發送數據字節數組，并接收返回的字節數組。
- public byte sendNrcv(int[] data, int offset, int size, byte numberOfBits, boolean state, boolean update,byte extraHeaderClock, byte HeaderBitVal,byte extraTrailerClock, byte TrailerBitVal): 發送數據整形數組，并接收返回的整形數組。
硬件和軟件需求
以下為所需要的硬件和軟件：
- TINI400評估板，并配置有MxTNI OS 1.12或更高版本。
- JTAG器件(可編程邏輯)。
- 器件鏈中JTAG器件模型的SVF文件。
編程步驟
第1步: 將MxTNI板的4個JTAG引腳與JTAG器件的4個JTAG引腳相連。
第2步: 遵循SVF文件的命令并使用JTAG庫編寫JAVA應用程序，來對JTAG器件進行編程，編譯后加載到MxTNI。
(附錄A: 一個樣例Idcode.svf文件，實現從單獨的XC18V02 Xilinx器件讀取IDCODE。)
(附錄B: 樣例AppJtag.java程序，將SVF文件作為輸入并產生JTAG信號來讀取IDCODE。該樣例程序是用來處理單獨器件的(對于級連器件的詳細信息見附錄C)。)
(附錄C: 展示了由已有的SVF文件編程級連器件的步驟。)
第3步: 運行JAVA程序。可執行AppJtag.tini將加載到MxTNI板。在MxTNI提示符下錄入“java AppJtag.tini Idcode.svf”來運行程序。程序將產生JTAG信號與JTAG器件進行通信。注意：
- 生成的編程JTAG器件SVF文件應該與器件鏈中設計的確切模型一致。
- 所有操作碼，例如編程JTAG器件的READ、WRITE、ERASE及其它命令等，都是由生產商定義的。SVF文件應該包含用戶需要的所有操作碼。
示例
以下示例說明了如何利用JTAG庫從Xilinx JTAG器件XC18V02中讀取Idcode。完整的樣例代碼，請查閱附錄B。
-
生成器件模型的SVF文件：
使用Xilinx WEB START來生成SVF文件。
- 執行iMPACT并選擇單選按鈕“Prepare Configuration Files”選項，然后點擊next。選擇單選按鈕“Boundary Scan file”并點擊next。選擇“SVF File”然后點擊finish。
- 在對話框中錄入SVF文件名，例如example，并點擊OK。
- 選擇要加載的name_of_mcs_file.mcs文件，并從列表中選擇PROM器件(XC18V02_vq44)。
- XC18V02已加到模型中。
- 點擊我們要編程的XC18V02器件型號。器件將為高亮顯示。
- 點擊鼠標右鍵，并選擇編程選項。勾選“Get Idcode”。
- 在模型外點擊鼠標以取消高亮顯示器件，右擊并選擇option以關閉SVF。這時就生成了模型的SVF文件。
-
讀取SVF文件并使用JTAG庫來編程XC18V02器件。
- 以下為SVF文件的部分樣例代碼：
// Created using Xilinx iMPACT Software [ISE WebPACK - 5.1i] TRST OFF; ENDIR IDLE; ENDDR IDLE; STATE RESET IDLE; TIR 0 ; HIR 0 ; TDR 0 ; HDR 0 ; // Validating chain... TIR 0 ; HIR 0 ; TDR 0 ; HDR 0 ; SIR 8 TDI (ff) SMASK (ff) ; TIR 0 ; HIR 5 TDI (1f) SMASK (1f) ; HDR 1 TDI (00) SMASK (01) ; TDR 0 ; //Loading device with 'idcode' instruction. SIR 8 TDI (fe) SMASK (ff) ; SDR 32 TDI (00000000) SMASK (ffffffff) TDO (05025093) MASK (ffffffff) ; //Loading device with 'conld' instruction. SIR 8 TDI (f0) ; RUNTEST 110000 TCK;- 遵循SVF命令并使用庫向XC18V02發送命令。
- SVF規范提供了四個全局填充指令：頭指令寄存器(HIR)、尾部指令寄存器(TIR)、頭數據寄存器(HDR)和尾部數據寄存器(TDR)。這些全局命令規定了移位操作的開始和結尾處要填充的位數，從而解決旁路器件問題，并為SVF文件壓縮提供了一種簡單的方法。一旦指定，這些位會出現在SIR或者SDR命令的每一組比特位的前面或者后面。
- 以下兩個示例說明如何把SVF命令解釋為JTAG庫命令。
示例1: 帶有全局填充指令的SVF語法結構
a/ SVF file commands:
STATE RESET IDLE;
TIR 0 ;
HIR 5 TDI (1f) SMASK (1f) ;
HDR 1 TDI (00) SMASK (01) ;
TDR 0 ;
//Loading device with 'idcode' instruction.
SIR 8 TDI (fe) SMASK (ff) ;
SDR 32 TDI (00000000) SMASK (ffffffff) TDO (05025093) MASK (ffffffff) ;
//Loading device with 'conld' instruction.
SIR 8 TDI (f0) ;
RUNTEST 110000 TCK;
//Check for Read/Write Protect.
SIR 8 TDI (ff) TDO (01) MASK (ff) ;
//Loading device with 'idcode' instruction.
SIR 8 TDI (fe) ;
SDR 32 TDI (00000000) TDO (05025093) ;
//Loading device with 'conld' instruction.
SIR 8 TDI (f0) ;
RUNTEST 110000 TCK;
//Check for Read/Write Protect.
SIR 8 TDI (ff) TDO (01) ;
TIR 0 ;
HIR 0 ;
TDR 0 ;
HDR 0 ;
b/ Sample JAVA program using JTAG library:
import java.io.*;
import javax.comm.*;
import com.dalsemi.comm.*
public static void main(String[] args)
{
myJtag = new jtag();
int SIZE = 0x1000;
byte[] byteArray = new byte[SIZE];
byte HeaderInstBitVal = (byte)0x00;
byte TrailerInstBitVal = (byte)0x00;
byte HeaderDataBitVal= (byte)0x00;
byte TrailerDataBitVal= (byte)0x00;
// STATE RESET IDLE;
myJtag.initialize();//This JTAG library method will initialize
// XC18V02 TAP controller and stay at
// Run-Test/Idle
// TIR 0 ;
byte TIR = (byte)0x00;
// HIR 5 TDI (1f) SMASK (1f) ;
byte HIR = (byte)0x05;
HeaderInstBitVal = (byte)0x01;
// HDR 1 TDI (00) SMASK (01) ;
byte HDR = (byte)0x01;
HeaderDataBitVal = (byte)0x00;
// TDR 0
byte TDR = (byte)0x00;
// SIR 8 TDI (fe) SMASK (ff) ;
byteArray[0] = (byte)0xfe;
myJtag.sendNrcv(byteArray,0,1,(byte)8,true,false,(byte)HIR,
(byte)HeaderInstBitVal,(byte)TIR,(byte)TrailerInstBitVal);
// SDR 32 TDI (00000000) SMASK (ffffffff) TDO (05025093) MASK
// (ffffffff) ;
byteArray[0] = (byte)0x00;
byteArray[1] = (byte)0x00;
byteArray[2] = (byte)0x00;
byteArray[3] = (byte)0x00;
myJtag.sendNrcv(byteArray,0,4,(byte)8,false,false,(byte)HDR,
(byte)HeaderDataBitVal,(byte)TDR,(byte)TrailerDataBitVal);