一种嵌入式系统实现的JTAG调试器

ARM7TDMI 提供了4 条扫描链， 分别是扫描链0、1、2 和3.通过扫描链0可以访问arm7TDMI内核的外围电路，包括数据总线。该扫描链长度为113位， 具体包括数据总线的0￣31位、内核控制信号、地址总线的0￣31 位、嵌入式ICE -RT的控制信号等。扫描链1是扫描链0的子集， 长度为33位，具体包括数据总线的0￣31位和BREAKPT信号，扫描链1比扫描链0的长度短了很多，通过扫描链1可以更快地将指令或数据插入到ARM7TDMI的内部。扫描链2长度为38位， 该扫描链专门用来访问嵌入式ICE-RT内部的寄存器， 通过访问嵌入式ICERT的内部寄存器，可以让ARM7TDMI进入调试状态、设置断点、设置观察点。通过扫描链3， arm7TDMI可以访问外部的边界扫描链， 该扫描链用得很少。

ARM7TDMI 的调试状态和正常运行状态是有区别的。在正常运行状态下， ARM7TDMI 由MCLK（ MemoryClock）驱动， 正常运行。在调试状态下， ARM7TDMI的正常运行被打断，并且和系统的其他部分隔离开来。可以通过扫描链插入特定的ARM/THUMB指令来读写ARM7TDMI的内部寄存器和修改内存的内容。在完成需要的操作后，可以用RESTARTJTAG指令让arm7TDMI返回到正常运行状态，恢复原来的运行。

JTAG调试器的嵌入式系统实现

JTAG调试器硬件是以基于ARM7芯片的嵌入式系统实现的。该系统以带以太网接口的arm芯片S3C4510B为核心处理器， 以μClinux为嵌入式操作系统。JTAG调试器软件主要包括两部分： JTAG调试器与目标机的接口模块和与调试主机的接口模块。

嵌入式系统设计

设计并制作标准的S3C4510B应用系统， 主要配置为2MBFLASH、16MBSDRAM、10/100Mbps 自适应以太网口、终端接口、并行I/O 接口等。利用S3C4510B 的通用I/O口中的P[4]、P[5]、P[6]、P[8]分别模拟JTAG标准中TAP的4个信号接口， 即TCK、TMS、TDI、TDO.

从软件上看， 需要将μClinux 操作系统移植到设计制作的基于S3C4510B的JTAG调试器硬件平台上，以便开发基于网络的调试器软件。μCLinux是为没有内存管理单元（MMU）的处理器设计的一种嵌入式操作系统，它继承了桌面Linux的强大网络功能，其内核采用模块化的组织结构，通过增减内核模块的方式来增减系统的功能。

通常，在PC机上通过并口模拟JTAG时序，也可以按照标准仿真器设计JTAG调试器。与上述方案不同，本设计采用开放源代码软件设计JTAG调试器应用软件，主要参考了Open- JTAG小组开发的通过PC机并口实现JTAG操作的软件jtager - 1.0.0，将其中对PC 机并口的操作改为对S3C4510B口线的操作，通过设置S3C4510B的通用I/O口模式寄存器IOPMOD 的值可将P[4]、P[5]、P[6]设置为输出模式，将P[8]设置为输入模式，然后通过编程设置I/O口数据寄存器IOPDATA的值，控制P [4]、P[5]、P[6]、P[8]的状态实现JTAG标准要求的时序。随后，根据arm7TDMI调试特性，修改操作代码，增加通过网络的远程调试功能。

arm7TDMI的JTAG指令实现

ARM7TDMI 的指令寄存器长度是4位， 通过TAP和JTAG接口， 可以把指令装载到指令寄存器中。在CAPTURE-IR状态下， 固定值B0001总是被装载到指令寄存器中。在SHIFT- IR状态下， 可以把arm7TDMI支持的新指令从TDI串行输入，同时固定值B0001会从TDO 串行输出。通过输出的这个固定值，可以判断当前的操作是否正确。在UPDATE- IR状态下， 新输入的指令被装载到指令寄存器中。在回到RUN- TEST/IDLE状态后，新指令立即生效。

IDCODE和SCAN_N是ARM7TDMI调试中经常用到的JTAG命令。IDCODE命令的二进制代码是1110.IDCODE命令将Device Identification Code寄存器连接到TDI和TDO之间。Device Identification Code寄存器的长度是32 位，通过TAP可以读到ARM7TDMI的ID.SCAN_N命令的二进制代码是0010.arm7TDMI 提供了4 条扫描链，通过SCAN_N指令可以选择需要访问的扫描链。选择扫描链的过程是：先把SCAN_N指令装载到指令寄存器中，该指令会将长度为4位的扫描链选择寄存器连接到TDI和TDO之间；通过TAP状态的转移便可使选择的扫描链连接到TDI和TDO之间。

另外BYPASS、INTEST、RESTART等JTAG指令的实现方法与上面两条指令的实现方法类似。

嵌入式ICE- RT逻辑实现

嵌入式ICE- RT是arm处理器内部集成的在线仿真功能模块，通过JTAG调试接口与外界交互，其中包含的常用寄存器。

要访问嵌入式ICE- RT内部的寄存器，可通过扫描链2对Debug Control Register进行访问。实现过程：通过TAP将SCAN_N指令写入JTAG指令寄存器中，通过TDI将数值2写到扫描链选择寄存器中，即选择了扫描链2，在通过扫描链2访问任何嵌入式ICE- RT内部寄存器之前，还需要用INTEST指令将当前通过SCAN_N指令选择的扫描链置为内部测试状态。写入INTEST指令的过程和写入SCAN_N 指令的过程类似。接下来就可以通过扫描链2访问嵌入式ICE- RT内部寄存器，实现对arm7TDMI的基本调试功能。