专利名称：一种jtag主控制器及其实现方法
技术领域：
本发明涉及电子领域，尤其涉及JTAG器件。
背景技术：
JTAG接口作为IEEE的一种接口标准，在集成电路的测试、仿真、调试等方面发挥着重要作用。现有的多数高级器件都支持JTAG协议，如DSP、FPGA等器件。标准的JTAG接口包括测试时钟输入信号TCK、测试数据输入信号TDI、测试模式选择信号TMS、测试数据输出端口 TDO以及一个可选的测试reset输入信号TRST。JTAG器件内部逻辑通过一个TAP状态机来实现，图I示出了 IEEE1149. I标准规定 的JTAG器件的TAP状态机的状态转移示意图。如图I所示，TAP状态机包含两个分支，分别是命令寄存器接入(IR Access)分支和数据寄存器接入(DR Access)分支。并且该TAP状态机的状态转移由JTAG器件中的测试模式选择信号(TMS)来控制。IEEEl 149. I标准规定了 JTAG器件的命令寄存器(IR)和数据寄存器(DR)，根据该规定，在TAP状态机的状态处于IR接入分支时，命令通过TDI端口在“移位IR”状态下逐位移到IR寄存器中，IR寄存器用于选择当TAP状态机处于DR接入分支时，由IR寄存器所选择的DR寄存器被连接在TDI和TDO之间，并在“移位DR”状态下，将数据通过TDI移位进入由IR寄存器所选择的寄存器中。图2和图3分别示出了接入JTAG的命令寄存器和数据寄存器时，JTAG接口信号的时序图。图2是现有技术中通过JTAG接口完成4-bit命令寄存器接入而产生的JTAG信号时序图。图3是现有技术中通过JTAG接口完成8-bit数据寄存器接入而产生的JTAG信号时序图。传统的JTAG主控器都是利用MIPS、ARM等处理器来实现，由于MIPS、ARM系统执行的功能由软件来实现，且采用的是MIPS、ARM自身的指令来完成特定功能，一个JTAG指令需要使用多个MIPS指令模拟，并且由于MIPS、ARM系统中任务的完成通过调度完成，因此导致其所产生的JTAG信号(即TCK、TMS、TDI等信号)不规则，并且两个指令之间的延迟较大，这对于芯片的测试及其不利。尤其是在对JTAG接口控制电路进行性能测试时，通过MIPS、ARM处理器无法产生高频的测试时钟，影响测试效果。上述问题均是由MIPS、ARM等系统自身特点所决定。
发明内容
本发明提供了一种能解决以上问题的JTAG主控制器及其实现方法。在第一方面，本发明提供了一种与目标芯片连接的JTAG主控制器。该JTAG主控制器包括JTAG信号发生器。该JTAG信号发生器用于获取外部的HOST指令，并对该HOST指令进行解析以得到IR指令或DR数据，从而根据该IR指令或DR数据产生相应JTAG接口信号，以通过该JTAG接口信号来驱动该目标芯片。在第二方面，本发明提供了一种JTAG主控制器的实现方法。该方法首先获取HOST指令，然后对该HOST指令进行解析，以得到IR指令或DR数据。再根据该IR指令和/或DR数据产生相应JTAG接口信号。最后通过所述JTAG接口信号对目标芯片进行测试或者仿真或者调试。本发明的JTAG主控制器不再采用MIPS、ARM等处理器，而是通过硬件构架方式来实现。此种结构的JTAG主控制器，其内部功能是通过硬件方式来完成的，因此其可以使所发送的信号周期等长、连续，并且不同指令之间延迟�。佣芄煌瓿啥阅勘晷酒淖既凡馐�、仿真或调试。
下面将参照附图对本发明的具体实施方案进行更详细的说明，在附图中图I是IEEE 1149. I标准规定的JTAG器件的TAP状态机的状态转移示意图；图2是现有技术中通过JTAG接口完成4-bit命令寄存器接入而产生的JTAG接口 时序图；图3是现有技术中通过JTAG接口完成8-bit数据寄存器接入而产生的JTAG信号时序图；图4是本发明一个实施例的JTAG主控制器工作原理不意图；图5是本发明一个实施例的JTAG信号发生器内部结构不意图；图6是本发明一个实施例的HOST指令解析器的状态机示意图。
具体实施例方式图4是本发明一个实施例的JTAG主控制器工作原理示意图。该JTAG主控制器包括外部NVM410、存储器控制模块420、时钟模块430、内嵌存储器440、JTAG信号发生器450 ;其中，存储器控制�？�420、时钟�？�430、内嵌存储器440、JTAG信号发生器450集成在一个芯片上，如FPGA或ASIC芯片。在该JTAG主控制器工作时，其需要通过JTAG信号发生器450与目标芯片460相连，以实现对目标芯片460的测试或调试或仿真等操作。该目标芯片460包含标准的JTAG接口，其符合IEEEl 149. I标准。图4中，外部NVM 410用于存储来自主机470的HOST指令的。该外部NVM 410可以是任意一种现有的非易失性存储器，如其为EEPR0M(电可擦写可编程只读存储器)。该存储器控制�？�420用于将从主机470发送过来的HOST指令存储到该外部NVM410中，以及用于将外部NVM 410中的HOST指令搬运到内嵌存储器440中。该内嵌存储器440用于暂存来自主机470或者外部NVM 410的HOST指令。需要说明的是，在该JTAG主控制器初次被使用时，该JTAG主控制器需要通过其存储器控制�？�420与主机470相连，以便该JTAG主控制器通过该存储器控制�？�420将来自外部主机470中的HOST指令存储至该外部NVM410中。由于该外部NVM 410是一个非易失性存储器，其内部存储的HOST指令不易丢失，因此在该JTAG主控制器再次被使用时，无需再连接到该主机470上，该JTAG主控制器可以直接对目标芯片进行测试或调试或仿真
坐寸ο该时钟�？�430与存储器控制�？�420、JTAG信号发生器450相连，其用于产生电路运行所需要的时钟，并且该时钟�？�430向该JTAG主控制器的TCK接口提供TCK信号。—个例子中，该时钟�？�430是由可编程逻辑器件的PLL�？槔词迪郑从煽杀喑搪呒骷腜LL�？槔床敝有藕拧Ｓ捎诟肞LL�？槟芄徊咂凳敝有藕牛虼吮痉⒚髂芄徊咂档牟馐允敝�。而现有技术所采用的MIPS、ARM等系统由于其固有属性，无法产生高频测试时钟。该JTAG信号发生器450用于读取内嵌存储器440中的HOST指令，并对该HOST指令进行解析，以得到相应IR指令长度、DR数据长度、IR指令、DR数据，并根据该IR指令长度、DR数据长度、IR指令、DR数据以及通过TAP状态机(图I中的TAP状态机)产生相应JTAG接口信号，从而根据该JTAG接口信号实现对目标芯片460的测试或调试或仿真等。其中，HOST指令是本实施例的自定义指令，其定义规则将在以下内容中得以详述，IR指令、DR数据则是由目标芯片设计者按照IEEEl 149. I标准所规定来定义，因此目标芯片460可识别该IR指令和DR数据。下面将通过图5及其相应说明部分阐述JTAG信号发生器450的工作原理。 图5是本发明一个实施例的JTAG信号发生器内部结构示意图。该JTAG信号发生器包括存储器读取控制器510、HOST指令解析器520、IR指令长度寄存器530、DR数据长度寄存器540、IR指令寄存器550、DR数据寄存器560、JTAG接口逻辑570。 图5中，HOST指令解析器520用于解析来自内嵌存储器440的HOST指令。该HOST指令格式是Header+Data ;其中，Header表示解析后得到IR指令的HOST指令，Data表示解析后得到DR数据的HOST指令。由此可见，JTAG信号发生器450对HOST指令进行解析，会先得到IR指令再得到DR数据。一个例子中,Header长度为32比特,下面将以Header长度为32比特为例进行阐述。表I是长度为32比特的Header的格式。
Header [31: 29]Header [28: O]
000定义IR指令长度的指令；
001定义DR数据长度的指令； 当[31: 29]为 010定义IR指令的指令； 00{):表示IR指令长度 011结束命令，指示HOST指令 001:表示DR数据长度 解析器以及 010:表示发送IR指令 存储器读取控制器停止工作； 011-111:设为全O 100-111保留;__表I表I 是在 Header [31:29]分别满足 000、001、010、011 情况下，Header [28:0]分别所指代的含义。现以举例方式对上述表I做进一步阐述。当HOST指令解析器520接收到的指令为Header = 32' h0000_0010时，其将Header [28:0]相应内容写入IR指令长度寄存器，且写入值为16。当HOST指令解析器520接收到的指令为Header = 32' h2000_00FF时，其将Header [28:0]相应内容写入DR数据长度寄存器，且写入值为255，并且根据该DR数据长度值计算DR数据的行数(下面有对如何得到该行数做阐述)。当HOST指令解析器520接收到的指令为Header = 32' h4000_3FAF时，其将Header[28:0]相应内容写入IR寄存器，且写入值为29' h0000_3FAF。当HOST指令解析器520接收到的指令Header =32' h6000_0000时，HOST指令解析器及存储器读取控制器停止工作。该HOST指令解析器520内部包含一个计数器，该计数器用于计数DR数据读取的行数。该HOST指令解析器520还涉及一个状态机，参见图6，图6是本发明一个实施例的HOST指令解析器的状态机示意图。图6中，系统复位时，状态机处于Header状态(指令状态)；在Header状态 下，当Header [31:29] ==3' b010 (表示当前指令为发送IR指令)时，且解析出DR数据长度非O值时，状态机转移到Data状态，并将HOST指令解析器520中的计数器的值设置为DR数据行数+1，以便对解析出DR数据进行行计数；在Data状态(数据状态)下，HOST指令解析器520的计数器开始减计数，即每读一行存储器中数据，该计数器值减1，直到该计数器值减到O为止,此时该状态机重新转移到Header状态。HOST指令解析器获得DR数据行数的方法为当指令Header满足3' b010时，将Header [29:0]除以32，则得到的数值即为DR数据总行数。因此，计数器需要从Header [29:5]+1开始计数，以记录DR数据被读取行数。表2是外部NVM 410及内嵌存储器440中存储内容格式的一个例子。
— 内容描述_32^0000-0010__Header，定义 IR 指令长度
Header,定义DR数据长度为 32'h2000_00FF , __255，共 8 行__32/h4QQQ_3FAF__Header，发送 IR 指令 “3FAF”
_32^1234-5678__DATA，发送第一行数据
_32^1234-5678__DATA，发送第八行数据表2下面以表2为例，详细阐述HOST指令解析器的工作原理。该HOST指令解析器520从表2中的指令32' h0000_0010开始进行解析，根据表I可知，该指令32' h0000_0010可被解析出“IR指令长度为16”。该HOST指令解析器520继续解析表2中的指令32 ' h2000_00FF,该指令32' h2000_00FF可被解析出“DR数据长度为255”，由于每行DR数据为32比特，因此可进一步解析出共8行DR数据，从而计数器的初始值为8+1 =9。由于上述指令32' h0000_0010和32丨h2000_00FF均未满足图6状态机的Header状态的转移条件，即均未满足Header [32:29] ==3' bOlO，且DR长度非0，因此，此时仍旧处于Header状态。该HOST指令解析器520继续解析表2中的指令32 ' h4000_3FAF,该指令32丨h4000_3FAF可被解析出“发送IR指令3FAF”。由于该指令32丨h4000_3FAF满足Header [32:29] == b010，且DR数据长度非O。因此，此时从Header状态转移到Data状态。该HOST指令解析器520继续解析表2中的指令32 ^ hl234_5678,由于此时已经
转移到了 Data状态，因此此时发送数据1234_5678......;以此类推，直到计数器的值为0，
此时已发送完8行DR数据。需要说明的是，该指令32' h4000_3FAF(即存储在外部NVM 410及内嵌存储器440中的指令32' h4000_3FAF)仅是一个例子，也就是说，发送IR指令3FAF仅是一个例子。 实际上，具体发送什么样的IR指令需要依据目标芯片的配置来设定，并且所发送的IR指令通常有多条，而不限于表2中的一个32' h4000_3FAF指令。同样，指令32' hl234_5678也仅是一个例子，具体发送什么样的DR数据，以及发送多少条DR数据也是需要依据目标芯片的配置来设定。上述表2以及相应说明部分是对HOST指令解析器520的工作原理所进行的阐述，下面继续描述图5中的存储器读取控制器510及JTAG接口逻辑570的工作原理。该存储器读取控制器510在接收到测试开始指示信号之后(该信号可以通过按钮来产生)，读取内嵌存储器440中的第一行内容，并将其送到HOST指令解析器520。该HOST指令解析器520解析该指令，具体解析方法参见表2、图6及其相应说明部分，在解析完该指令后，该HOST指令解析器520指示该存储器读取控制器510读取下一行数据。依次类推，直到该存储器读取控制器510读取到指令Header = = 32' h6000_0000,且该HOST指令解析器520对该指令解析完之后，该HOST指令解析器520以及该存储器读取控制器510停止工作。该JTAG接口逻辑570在检测到该HOST指令解析器520发送的寄存器有效指示信号之后(该HOST指令解析器520在将解析出的信息发送到IR指令寄存器或者DR数据寄存器之后，都会向该JTAG接口逻辑发送一条寄存器有效指示信号)，获取IR指令长度寄存器中的值或DR数据长度寄存器中的值或IR指令寄存器中的值或DR数据寄存器中的值，并根据该获得的值，按照图I中的TAP状态机以及图2、图3所示的JTAG接口时序图，来驱动目标芯片的JTAG接口。具体地，IR指令寄存器的值在图I状态机处于“移位IR”状态下从TDI接口输出，且IR各状态的转移由IR指令长度寄存器中的值来决定；DR数据寄存器的值在图I状态机处于“移位DR”状态下从TDI接口输出，且DR各状态的转移由DR数据长度寄存器中的值来决定。而图5中的TCK接口输出来自时钟�？�430的时钟信号，而TMS接口输出则来自于图I状态机转移的控制信号。显而易见，在不偏离本发明的真实精神和范围的前提下，在此描述的本发明可以有许多变化。因此，所有对于本领域技术人员来说显而易见的改变，都应包括在本权利要求书所涵盖的范围之内。本发明所要求保护的范围仅由所述的权利要求书进行限定。
权利要求
1.一种与目标芯片连接的JTAG主控制器，其特征在于，包括 JTAG信号发生器，获取外部的HOST指令，并对该HOST指令进行解析以得到IR指令或DR数据，从而根据该IR指令或DR数据产生相应JTAG接口信号，以通过该JTAG接口信号来驱动该目标芯片。
2.如权利要求I所述的一种JTAG主控制器，其特征在于，包括和JTAG信号发生器相连的内嵌存储器，暂存所述HOST指令。
3.如权利要求I所述的一种JTAG主控制器，其特征在于，包括存储器控制�？楹屯獠看娲⑵鳎糜诮醋灾骰腍OST指令发送至该外部存储器并且从该外部存储器读取HOST指令。
4.如权利要求I所述的一种JTAG主控制器，其特征在于，该JTAG主控制器还包括时钟�？椋檬敝幽？橛糜谔峁㎎TAG接口信号中的TCK信号。
5.如权利要求I所述的一种JTAG主控制器，其特征在于，所述JTAG信号发生器包括HOST指令解析器，该HOST指令解析器用于解析来自所述内嵌存储器的HOST指令。
6.如权利要求I所述的一种JTAG主控制器，其特征在于，所述HOST指令的一部分定义IR指令长度，DR数据长度和发送IR指令中的一个或多个。
7.如权利要求6所述的一种JTAG主控制器，其特征在于，所述HOST指令的另一部分表示IR指令长度，DR数据长度和发送IR指令中的一个或多个。
8.如权利要求5所述的一种JTAG主控制器，其特征在于，所述HOST指令解析器还包括一个状态机，该状态机包括指令状态(Header)和数据状态(Data状态)； 系统复位时，该状态机处于指令状态(Header状态)；在满足解析出的指令为发送IR指令，并且DR数据长度非O条件时，该状态机由指令状态(Header状态)转移到数据状态(Data 状态)。
9.如权利要求8所述的一种JTAG主控制器，其特征在于，所述HOST指令解析器还包括一计数器，该计数器用于对DR数据行数进行计数； 在所述状态机处于数据状态(Data状态)时，设置该计算器的初始值，且所述HOST指令解析器每解析出一行DR数据，该计数器值递增或递减，直到该计数器值表明DR数据解析完毕，该状态机由数据状态(Data状态)转移到指令状态(Header状态)。
10.如权利要求5所述的一种JTAG主控制器，其特征在于，所述JTAG信号发生器还包括存储器读取控制器；该存储器读取控制器用于读取所述内嵌存储器中的一 HOST指令，并在所述HOST指令解析器对其做出指示后，该存储器读取控制器将再读取所述内嵌存储器中的下一条HOST指令。
11.如权利要求5所述的一种JTAG主控制器，其特征在于，所述JTAG信号发生器还包括IR指令长度寄存器、IR指令寄存器、DR数据寄存器、DR数据长度寄存器； 该IR指令长度寄存器用于存储由所述HOST指令解析器解析得到的IR指令长度值；该IR指令寄存器用于存储由所述HOST指令解析器解析得到的IR指令；该01 数据寄存器用于存储由所述HOST指令解析器解析得到的DR数据；该DR数据长度寄存器用于存储由所述HOST指令解析器解析得到的DR数据长度值。
12.如权利要求11所述的一种JTAG主控制器，其特征在于，所述JTAG信号发生器还包括JTAG接口逻辑；该JTAG接口逻辑用于获取所述IR指令长度寄存器中的值、IR指令寄存器中的值，以及获取所述DR数据长度寄存器中的值、DR数据寄存器中的值，并根据该获取到的值，以及通过TAP状态机来驱动目标芯片。
13.—种JTAG主控制器的实现方法，其特征在于，包括 获取HOST指令； 对该HOST指令进行解析，以得到IR指令或DR数据； 根据该IR指令和/或DR数据产生相应JTAG接口信号。
通过所述JTAG接口信号对目标芯片进行测试或者仿真或者调试。
14.如权利要求13所述的一种JTAG主控制器的实现方法，其特征在于，所述HOST指令的一部分定义IR指令长度，DR数据长度和发送IR指令中的一个或多个；所述HOST指令的另一部分相应表示IR指令长度，DR数据长度和发送IR指令中的一个或多个。
15.如权利要求14所述的一种JTAG主控制器的实现方法，其特征在于，所述HOST指令的另一部分表示IR指令长度，DR数据长度和发送IR指令中的一个或多个。
16.如权利要求13所述的一种JTAG主控制器的实现方法，其特征在于，该JTAG主控制器还包括一个指令状态(Header状态)与数据状态(Data状态)相互转移的状态机； 对该HOST指令进行解析，以得到IR指令和/或DR数据的步骤包括在该状态机处于指令状态时解析得到IR指令；在满足解析出的指令为发送IR指令，并且DR数据长度非O条件时，该状态机由指令状态转移到数据状态；在数据状态下，解析得到DR数据。
17.如权利要求16所述的一种JTAG主控制器的实现方法，其特征在于，该JTAG主控制器包括计算器，对该HOST指令进行解析，以得到IR指令和/或DR数据的步骤包括，该JTAG主控制器每解析出一行DR数据，该计数器值递增或递减，当该计数器值表明DR数据解析完毕，该状态机由数据状态转移到指令状态。
全文摘要
本发明涉及一种JTAG主控制器及其实现方法。该JTAG主控制器包JTAG信号发生器。该JTAG信号发生器获取外部的HOST指令，并对该HOST指令进行解析以得到IR指令或DR数据，从而根据该IR指令或DR数据产生相应JTAG接口信号，以通过该JTAG接口信号来驱动该目标芯片。本发明执行指令效率高，可应用于JTAG器件中。
文档编号G01R31/28GK102778645SQ201110117998
公开日2012年11月14日 申请日期2011年5月9日 优先权日2011年5月9日
发明者朱建彰, 李大伟, 王强, 王潘丰, 邹丽娜 申请人:京微雅格(北京)科技有限公司
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