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基于ARM开发的JTAG仿真器的调试设计

发布时间:2020-07-21 18:32:37 阅读: 来源:脚踏阀厂家

基于JTAG仿真器的调试是目前ARM开发中采用最多的一种方式。大多数ARM设计采用了片上JTAG接口,并将其作为测试、调试方法的重要组成。

本文引用地址:仿真器通过ARM芯片的JTAG边界扫描口与ARM CPU核通信,实现了完全非插入式调试,不使用片上资源,不需要目标存储器,不占用目标系统的任何端口。由于JTAG调试的目标程序是在目标板上执行,使得仿真更加接近于目标硬件[1]。目前针对嵌入式系统开发的调试工具品种繁多,如ARM公司的AXD debugger软件与Mutil-ICE仿真器等。但是大部分嵌入式调试工具价格过高,因此设计实现一种速度快、性能稳定、价格低廉、易于实现的ARM调试工具是十分必要的。1 ARM JTAG调试原理ARM典型的调试系统结构如图1所示。调试系统包括调试主机、仿真器和调试目标。

调试主机是一台运行调试软件(例如ADS)的计算机。调试主机可以发出高层的调试命令,例如设置断点、访问内存等[2]。仿真器用来将调试主机发出的高层调试命令转换为底层的ARM JTAG调试命令。因为目标机无法识别调试主机发送来的高级命令,因此就需要仿真器将调试主机发出的高层调试命令转换为底层的ARM JTAG调试命令[3]。在整个调试系统中起到重要的作用,其性能也决定了整个调试系统性能。2 方案设计本文提出了一种采用PHILIPS公司的ARM7芯片LPC2148设计,具有USB2.0通信方式、高速稳定的ARM仿真器实现方案,如图2所示。

守护进程接收从IDE集成开发环境发送来的调试命令,将其通过USB总线转发到ARM仿真器,ARM仿真器再将调试命令转换成JTAG格式的信号并发送到I/O口,从而控制调试目标执行特定的操作,达到调试的目的。同理,从调试目标返回的数据,先经过ARM仿真器的译码,再经过守护进程返回到IDE开发环境,从而形成一个完整的调试系统。3 硬件电路设计本设计的最大特点是采用了LPC2148作为主控芯片。该芯片内部集成了ARM7TDMI-S微控制器和完全兼容USB2.0的设备控制器,支持32个物理(16个逻辑)端点;支持控制、批量、中断和同步端点;所有端点都有一个双向的DMA通道。因为芯片内部集成了USB控制器,大大降低了电路板的设计难度和开发成本。其硬件电路框图如图3所示。

(1)本机JTAG调试电路为了便于调试和烧写程序,将芯片LPC2148的JTAG接口接到一个20引脚的标准JTAG插口。本设计中使用引脚P0.8、P0.9、P0.10、P0.12、P0.14作为外部JTAG接口,尽量不用有其他接口功能的引脚,如P0.11、P0.14接口与I2C接口SCL1、SDA1功能复用,以便于将来的硬件升级。为了增强带负载能力,使用一片74HC244芯片,同时为了尽量兼容大部分ARM开发板上的不同JTAG插口,本设计提供了一个20引脚的JTAG插口和一个14引脚的JTAG插口。

(2)USB电路(包括供电电路)USB接口电路如图4所示。为了使LPC2148的软件可以更灵活地控制USB设备与主机之间的连接,本接口电路使用P0.31(只能使用该引脚)来实现SoftConnect特性。当P0.31输出低电平时,D+线通过电阻上拉到VDD3.3,通知USB主机:USB设备与其建立连接;当P0.31输出高电平时,D+线断开与VDD3.3的连接,通知USB主机:USB设备已经断开与USB主机的连接。

Q1选用的是P沟道MOS管,而不选用普通的PNP三极管,因为MOS管是电压驱动型,驱动电流几乎为0;而普通的PNP三极管是电流驱动,需要一定的驱动电流。导通时,P0.31_P17有可能被拉低,LPC2148要求该引脚在复位引脚为低电平期间不能被拉低,否则JTAG口将被禁止,因此必须选用P沟道的MOS管。LPC2148的P0.23引脚为USB设备控制器,用于检测USB总线是否插入检测引脚[4]。4 仿真器固件程序设计仿真器LPC2148芯片中的固件程序实现的功能包括:通过USB与上位机软件进行通信,并将上位机发送过来的、经过封装的USB数据流转换为JTAG信号,并最终送到相应的引脚或者将相应引脚的数据经过封装后,通过USB传送到PC机中。图5为应用程序的流程图。

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