Инструкция по использованию jtag программатора. Программаторы AVR. Все универсальные программаторы серии ChipProg с USB интерфейсом поддерживают программирование через JTAG, наряду с поддержкой большого числа других протоколов

Не знаю как вы, но я считаю программатор расходником при разработке устройств. За 1.5 года в общий сложности у нас сгорело 3 программатора. К великому удивлению JTAG отладчики для AVR стоят дорого. Причем не совсем понятно за что производитель хочет почти 100 баксов. В итоге сделал несколько самодельных отладчиков, заказал их на промышленное изготовление и теперь пользуюсь ими.

Схему разводил сам по шаблонам из сети, коих множество. Но схема не уместилась в один слой, поэтому имеет смысл развести еще раз, если вы будете делать ее ЛУТом в один слой, то понадобится 4 проводка.

Теперь о вопросе прошивки, AVR Studio имеет в своем составе возможность прошивки через бутлодер. Фирменные программаторы имеют на борту бутлодер для возможности обновления прошивки. Но мы прошьем контроллер сразу прошивкой без использования бутлодера, поэтому сначала вам понадобится внутрисхемный программатор или другой отладчик. Микроконтроллер требуется при этом прошивать на другой плате, так как на этой нет ISP разъема, но в данном случае, это не особо накладно. Файл прошивки miniIce.hex внутри проекта.

Принципиальная схема:

Микроконтроллеры ATmega можно условно разделить на две категории: те, что программируются только через ISP (шина из проводов MISO, MOSI, SCK + управление сбросом) и те, что имеют в дополнении к этому интерфейс JTAG .

Из набора "горячо любимых" Arduino-контроллеров к первой категории относятся ATmega8 , ATmega168 , ATmega328P . Но и во второй категории тоже присутствует один экземпляр: ATmega2560 , используемый в Arduino/Freeduino MEGA 2560 .

JTAG - это механизм, позволяющий автоматически контролировать качество монтажа печатных плат: не закоротилось ли чего или, наоборот, плохо припаялось. Очень полезная вещь в промышленном масштабе, особенно когда на одной плате "счастливо" уживаются микросхемы разных фирм (стандарт IEEE 1149.1, на котором базируется JTAG - открытый). Тем более логично, что многие производители микросхем добавили возможность программирования и отладки своих чипов через все тот же JTAG.

Для чего может потребоваться JTAG в повседневной жизни?

Фирменное устройство от ATMEL стоит немало (а я и так уже прикупил , денег после этого осталось ноль отрицательное количество):

Что же делать? Я уже говорил, что стандарт - открытый, а процесс программирования через JTAG хорошо документирован - достаточно открыть любой даташит на микроконтроллер ATMEL с JTAG-интерфейсом.

Кстати, когда-то, на заре появления микроконтроллеров фирмы ATMEL , фирма-конкурент Microchip дразнила ATMEL показательно разобрала какой-то инструментальный девайс для разработчика программ микроконтроллеров ATMEL и демонстрировала, что он собран на микроконтроллерах её производства - то бишь, на PIC-ах. Впрочем, было это невероятно давно, мир теперь уже совсем другой (c).

В интернете есть масса вариантов самодельных копий фирменного AVR JTAG ICE . Одну из таких упрощенных до полного безобразия можно найти, например, . Что самое забавное - работает , хотя состоит практически из одного МК: ATmega16. Оригинальный программатор использует чип, полностью совместимый с ATmega16, что делает возможным заливание в самопальный программатор прошивок от фирменного (правда, новые навряд ли будут появляться, поскольку AVR JTAG ICE дано снят с производства).

Для начала надо достать основной компонент - микроконтроллер ATmega16-16PU и кварц 7.3728 МГц, после чего собрать на макетке минимальную схему для программирования:

Схема - классическая , необходима для запуска ATmega. Напомню, что обычно делают в таком случае:

• подключают питание - все GND и VCC (обычно выводов GND не менее двух);
• ставят между GND и VCC поближе к ножкам ATmega фильтрующий помехи конденсатор 100 нФ (или 0.1 мкФ - кому как больше нравится);
• подключают между XTAL1 и XTAL2 кварц и соединяют их через два одинаковых конденсатора на землю (разброс номинала указан в документации, не обязательно использовать 22 пФ , можно, например, и 33 пФ );
• притягивают линию сброса к VCC через резистор 10К и вешают конденсатор 100 нФ на землю, чтобы обеспечить небольшую задержку линии сброса после подачи питания.

Выглядеть это будет приблизительно так (всё благополучно влезает на макетку 300+100):

Соединяем схему через вилку ISP с программатором и запитываем от него же, затем зашиваем прошивку и выставляем фьюз-биты:

avrdude -C avrdude.conf -c usbasp -p m16 -U hfuse:w:0x1f:m -U lfuse:w:0xcf:m

avrdude -C avrdude.conf -c usbasp -p m16 -U flash:w:miniICE.hex

Если операция прошла успешно, полдела сделано. Можно аккуратно удалить ISP-разъем и преобразовать схему к следующему виду:

На макетке это выглядит так:

Наверное, вы обратили внимание, что в схеме я использовал USB-чип последовательного порта - FT232RL . Это гораздо удобнее, чем COM-порт, по многим причинам. Но в макетку SSOP не воткнешь, поэтому я использую самостоятельно изготовленный переходник :

В классическом варианте линий JTAG чуть больше, чем на схеме:

Обязательные сигналы - TCK, TDO, TDI и TMS (тактовая, выход данных, вход данных и управление режимом теста).

NSRST и NTRST - это управление сбросом на шине JTAG. В нашем случае не обязательны, поскольку сброс МК можно инициировать командной последовательностью на линиях обязательных сигналов.

Теперь разберемся с питанием. Желательно, чтобы внутрисхемный программатор питался от программируемой схемы. Этим сразу решается проблема стыковки уровней программируемой схемы и программатора. С другой стороны, если в программаторе есть конвертер уровней сигналов, различие VCC программатора и target уже не является проблемой (не считая усложнение схемы программатора).

С обязательной линии VTref должно подаваться напряжение питания устройства. По идее, он нужен вышеуказанному чипу конвертера уровней, внутри программатора. Но если JTAG ICE планирует питаться от target-а, то используется линия Vsupply . Для простоты, их можно объединить, но это не обязательно.

В зависимости от положения джампера SV2 на схеме ATmega16 будет питаться либо от USB, либо от target-а. Я на макетку ставить переключающий джампер поленился, ибо предполагалось питание только от target. Зато перед включением три раза проверил, что питание с USB не подается . Для надежности, на плате USB-TTL разомкнул джампер подачи питания. Далее контакт M8RX соединяется с ножкой МК RX, M8TX - с TX.

Подключаемся к программатору через AVR Studio, и если все правильно соединено, то можно будет прочитать сигнатуру и прошивку.

(устройство справа я обязательно рассмотрю позже, пока что могу только повторить, что внутри у него ATmega128)

Единственный минус клона AVR JTAG ICE - сравнительно небольшой список поддерживаемых МК:

• ATmega128
• ATmega128A
• ATmega16
• ATmega162
• ATmega165
• ATmega169
• ATmega16A
• ATmega32
• ATmega323
• ATmega32A
• ATmega64
• ATmega64A

Еще, говорят, поддерживается AT90CAN128, но проверить это нет возможности:(

JTAG программатор (жарг.) - программатор работающий с микросхемой через JTAG интерфейс.
JTAG (Joint Test Action Group) - специализированный отладочный интерфейс, стандарт IEEE 1149.1.
При буквальном понимании - JTAG программатор, это устройство, которое можно отнести к одному из следующих типов:

• Специализированные JTAG программаторы, создаваемые для программирования и тестирования при серийном производстве. Такие JTAG программаторы удобны тем, что за 1 проход они позволяют и запрограммировать микросхему непосредственно в устройстве пользователя, и при необходимости протестировать работоспособность устройства;
• Специализированные отладчики, совмещающие функции JTAG эмулятора и JTAG программатора. При этом, и эмулятор и программатор используют JTAG порт обслуживаемой микросхемы. Например, JEM-ARM (JTAG эмулятор программатор), использует все возможности JTAG протокола, и обеспечивает не только программирование, но и полноценную отладку микроконтроллеров семейства ARM, Cortex. ;
• Универсальные программаторы, которые наряду с поддержкой параллельного режима программирования, поддерживают и режим последовательный, через JTAG интерфейс;
• Многочисленные радиолюбительские схемы расчитанные на программирование 1 или нескольких типов микросхем через JTAG порт. (по аналогии с так называемыми PIC программаторами).

Все универсальные программаторы серии ChipProg с USB интерфейсом поддерживают программирование через JTAG, наряду с поддержкой большого числа других протоколов.

Универсальный USB программатор, оптимизированный для скоростного программирования NAND Flash, микроконтроллеров, FLASH, E(E)PROM, NVRAM, ПЛИС, PLD. Описание программатора

Универсальный USB программатор. Быстрое программирование микроконтроллеров, FLASH, NAND, EEPROM, EPROM, NVRAM, ПЛИС, PLD. Характеристики программатора

Бюджетный, универсальный программатор с USB интерфейсом. Программирование микроконтроллеров, FLASH, EPROM, EEPROM, NVRAM. Описание программатора

Внутрисхемный ISP программатор. Программирование микроконтроллеров и микросхем памяти в устройстве пользователя. Описание программатора

ChipProg-G41 Промышленный программатор копировщик. Самое быстрое программирование, тиражирование микроконтроллеров, FLASH, NAND, E(E)PROM, NVRAM, ПЛИС, PLD.

Еще одним несложным, в плане изготовления, является COM программатор. При условии использования альтернативного режима COM порта Bitbang, отпадает необходимость в преобразовании интерфейса RS232 COM порта в SPI, необходимый для программирования. Остается только привести уровни сигналов COM порта (-12В, +12В) к необходимым (0, +5В). Это и делает
схема COM программатора для AVR микроконтроллеров:

Данная схема программатора достаточно распространена и известна как программатор Громова. Название пошло от автора программы Геннадия Громова, который и предложил такую схему.

Чтобы собрать программатор Громова нам нужно следующее:

Диоды КД522, КД510, 1N4148 или им подобные. Резисторы можно использовать любые, какие найдете. В качестве шлейфа можно использовать IDE шлейф. При подключении шлейфа, для более устойчивой работы программатора, каждый «сигнальный» провод должен чередоваться с «земляным» проводом. Это позволит уменьшить уровень помех наводимых в линиях и за счет этого увеличить длину программирующего провода. Длина шлейфа должна быть в пределах 50 см. Еще нужен разъем для подключения к программируемому устройству.
Для внутрисхемного программирования Atmel рекомендует стандартные разъемы:

Если Вы планируете серьезно заняться микроконтроллерами, сделайте разъемы стандартными. Для разового программирования устройства я рекомендую использовать на программаторе (такими разъемами к материнской плате подключаются кнопки и светодиоды корпуса компа — именно их я и взял) и штырьки PLS «папы» на плате. Это позволяет максимально упростить разводку платы устройства, так как штырьки для программатора устанавливаются в непосредственной близости возле ножек микроконтроллера. Ножки MOSI, MISO, SCK у микроконтроллеров AVR всегда расположены вместе, поэтому для них можно применить строенный разъем. Отдельно делаем подключение для «земли»-GND и «сброса»-Reset.

Собрать COM программатор не составит труда:

Я сознательно не даю печатной платы под этот программатор, так как схема проста и возня с разводкой и травлением платы просто себя не оправдывает.

Для того чтобы наш COM программатор заработал нужна , к которой мы подключим программатор и для микроконтроллера.

— Так как режим Bitbang нестандартный для COM порта компьютера, то возможны сбои в работе (хотя у меня такого не было). Особенно это касается ноутбуков. Как вариант решения этой проблемы можно рекомендовать «поиграться» настройками COM порта (скорость, биты данных, варианты управления потоком, величины буфера …).
— Отдельный разъем для «земли» желательно подключить первым, чтобы уравнять потенциалы «земли» программируемого устройства и компьютера. Для тех, кто не знает, если у Вас компьютер включен в обычную розетку, без заземляющего контакта, то в виду особенности фильтра блока питания компьютера, на корпусе компьютера всегда присутствует потенциал в 110В.

Заключение:

— COM программатор Громова простой и надежный. Я не перестал пользоваться им даже собрав USB программатор (если какой либо микроконтроллер перестает программироваться USB программатором я обязательно перепроверю его на программаторе Громова).
— Так как программатор Громова собран на пассивных элементах он не требует для себя питания. Мало того, из-за паразитного питания, микроконтроллер можно запрограммировать вообще не подключая к нему источника питания! Хотя так программировать я не рекомендую, но сам факт интересен.
— Для пользователей Algorithm Builder есть приятный бонус! Этот программатор можно использовать для внутрисхемной отладки кристалла (программный JTAG).