5.1.3 JTAG口的配置与使用

ATmega128单片机具有一个符合IEEE 1149.1标准的JTAG接口。JTAG接口实 现了三个功能:采用边界扫描功能对芯片进行检测,对芯片内部的非易失性存储器(Flash和E2PROM)、熔丝和锁定位进行编程,以及实现在线调试 (On-chip debugging)仿真。

JTAG接口占用了4个AVR单片机的引脚,与组成了JTAG接口,即JTAG术语中的 检测访问端口(Test Access Port—TAP)。由于JTAG的4个端口(TDI/PF7、TDO/PF6、TMS/PF5和TCK /PF4)同PF口的高4位占用相同的引脚,因此当JTAG接口处于使能状态时,PF[7:4]就不能作为通用I/O口或ADC的输入口使用了。所以用户 应该根据实际的需要,正确设计、配置和使用JTAG口。

作为一般的用户,主要是将JTAG口用于程序下载和在线仿真调试,本小节就这两种使用情况介绍对JTAG口的配置和使用的注意点。

1.JTAG口的控制
在 ATmega128中,使用两个熔丝位(JTAG使能JTAGEN,OCD使能OCDEN)和MCUCR寄存器中的JTD位对JTAG进行控制。其中 JTD位可以通过用户程序改变,而熔丝位则不能通过程序指令设置。表5.1给出了3个控制位不同设置时,JTAG接口的特性。

        表5.1 JTAG口使能控制
JTAGEN        OCDEN        JTD        LB2/LB1        PF[7:4]功能
1        x        x        x/x        I/O,ADC
0        1        0        x/x        JTAG(仅编程)
0        1        1        x/x        I/O,ADC
0        0        0        1/1        JTAG(编程,在线调试)
0        0        1        x/x        I/O,ADC
注:芯片出厂时JTAGEN=0,OCDEN=1

根据表5.1,用户应根据实际情况,先对相应的熔丝位进行正确的设置,然后在上电后的初始化程序中正确的改变JTD位的设置。
注意:JTD在RESET后初值为0,同时为了防止意外开启或关闭JTAG口,用户程序对JTD的设置要按照规定的操作时序:必须在四个时钟周期内对JTD位重复2次写入,才能将JTD标志位设置成所希望的值。

2.不使用在线调试功能
如果用户不使用JTAG的在线调试功能,那么建议使用SPI串口编程下载程序,不使用JTAG口。其优点是可以直接并可靠的使用PF[7:4]口的I/O功能,不必考虑JTD的设置。此时只要先将熔丝位JTAGEN配置为1,禁止JTAG功能即可。
如必须使用JTAG口编程下载程序,具体做法为:
  a.设置JTAGEN为0,OCDEN为1,仅使能JTAG口的编程功能。
  b.用户程序应在上电后立即将JTD位设置为1,禁止JTAG口,开放PF[7:4]的I/O口功能。
这样,芯片在随后的运行中仍可将PF[7:4]作为I/O使用。如果需要使用JTAG口编程下载程序代码时,将外部 复位信号拉低2个时钟周期,使芯片复位,以此把JTD清零,进入JTAG编程方式。
3.使用在线调试功能
如果需要使用JTAG口的在线调试功能,那么在硬件设计时应尽量考虑不使用PF[7:4]的I/O功能(损失4个引脚资源)。因为当JTAG口使能后,这4个引脚不能作为I/O使用,当然也无法对其进行在线的调试了。
如系统必须使用PF[7:4]的I/O功能,可采取以下处理方式:
  a.将PF[7:4]仅用于简单的I/O使用,如驱动LED指示、蜂鸣器等。电路设计还要注意与JTAG口的适当的隔离,防止由于外接器件造成对JTAG接口信号的影响。
  b.设置JTAGEN为0,OCDEN为0,使能JTAG口的全部功能。
  c.用户程序中不改变JTD位的初始值0。使能JTAG口功能。
  e.使用JTAG口编程和进行除PF[7:4]之外的在线调试。
  f.调试完成后,稍微修改用户程序,在上电后立即将JTD位设置为1,禁止JTAG口,开放PF[7:4]的I/O口功能。
  g.复位芯片,使用JTAG下载修改后的程序,观察程序的实际运行情况。

总之,一旦使用了JTAG口,就和PF[7:4]的I/O功能产生冲突和矛盾。因此,在硬件设计时应尽量考虑不使用PF[7:4]的I/O功能(损失4个引脚资源)。
(以上摘自《M128》一书)

    在我的实验室里,有多台AVR的JTEG的仿真器,从老的到新的,都是原装的。但我在教学中和设计调试产品过程中,从来没使用过。我感觉到,在现在的技术层面上,在线仿真的技术完全可以用其他的方式代替,而且更加方便。
    我 不使用在线仿真技术建立以下的基础上:对AVR的初始化过程参考ICC或CVAVR的程序生成器生成的程序编写;尽量使用高级语言编写系统程序;使用 AVR的软件模拟环境调试;使用串口或LED输出或查看程序运行(反正是ISP,多写几次,我至今没写失效过芯片)。当然,这要求你的软件工夫要好。

    关于程序调试,是经验的积累,也看个人的习惯。我个人认为,一定要使用在线仿真是学51留下的“恶习”。实际上,对于外部硬件的错误,对时序要求严格,以及通信协议的处理等,在线仿真也解决不了问题的。