SoC接口技術之低速接口分析（下）

4.協(xié)議解析

JTAG協(xié)議核心是三個寄存器和TAP狀態(tài)機。作為DEBUG的JTAG接口會在DAP中利用旁路寄存器將JTAG協(xié)議轉換為APB協(xié)議。作為DFT的JTAG接口會直接利用數據寄存器進行邊界掃描。

JTAG協(xié)議通過TMS信號控制TAP狀態(tài)機的轉換。

系統(tǒng)上電后，TAP Controller首先進入Test-LogicReset狀態(tài)，然后依次進入Run-Test/Idle、Selcct-DR- Scan、Select-IR-Scan、Capture-IR、Shift-IR、Exitl-IR、Update-IR狀態(tài)，最后回到Run- Tcst/Idle狀態(tài)。

在此過程中，狀態(tài)的轉移都是通過TCK信號進行驅動（上升沿），通過TMS信號對TAP的狀態(tài)進行選擇轉換的。

其中，在 Capture-IR狀態(tài)下，一個特定的邏輯序列被加載到指令寄存器中;在Shift-IR狀態(tài)下，可以將一條特定的指令送到指令寄存器中;在 Update—IR狀態(tài)下，剛才輸入到指令寄存器中的指令將用來更新指令寄存器。

最后，系統(tǒng)又回到Run—Test/Idle狀態(tài)，指令生效，完成對指令 寄存器的訪問。當系統(tǒng)又返回到Run—Test/Idle狀態(tài)后，根據前面指令寄存器的內容選定所需要的數據寄存器，開始執(zhí)行對數據寄存器的工作。

其基本 原理與指令寄存器的訪問完全相同，依次為seIect—DR—Scan、Capture—DR、Shift—D、Exitl一DR、Update—DR， 最后回到Run-Tcst/Idle狀態(tài)。通過TDl和TDO，就可以將新的數據加載到數據寄存器中。經過一個周期后，就可以捕獲數據寄存器中的數據，完成對與數據寄存器的每個寄存器單元相連的芯片引腳的數據更新，也完成了對數據寄存器的訪問。

5.SBW_JTAG

JTAG接口除了標準的4信號引腳外，TI還支持2信號引腳的SBW_JTAG。SBW_JTAG僅使用SBWTCK和SBWTDIO信號，常用于引腳受限芯片上。

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I2C

1.名詞解釋

I2C總線全稱Integrated Circuit，中文名I方C總線。

2. 歷史由來

I2C 總線是由 Philips 公司開發(fā)的一種簡單、雙向二線制同步串行總線。

3.應用場景

I2C總線大量用于Host與外部設備的連接，簡化了系統(tǒng)布線。I2C是雙向二線制同步串行總線，每次可傳輸NByte數據，支持100kbps/400kbps/3.4Mbps/5Mbps速率。I2C總線包含兩條信號線，串行數據SDA和串行時鐘SCL。I2C的一個總線上可以掛在多個主機和多個設備，每次數據傳輸都是由主機發(fā)起，且由主機提供時鐘。

4. 協(xié)議解析

I2C傳輸是以8bit為單元傳輸數據的，每個8bit單元數據后必須緊跟1bit回應數據。I2C的每筆傳輸包含四個階段：

（1）開始信號（S）：SCL為高電平時，SDA高電平向低電平跳變，開始傳送數據。

（2）結束信號（P）：SCL為高電平時，SDA由低電平向高電平跳變，結束傳送數據。

（3）響應信號(ACK)：接收器在接收到8位數據后，在第9個時鐘周期，拉低SDA。

（4）數據信號(DAT): 必須為8bit，傳輸時先傳輸最高位（MSB），之后必須緊跟著ACK信號。

此外，每筆傳輸的第一個8bit數據被用來作為，設備地址和訪問類型。

寫數據

若配置的方向傳輸位為“寫數據”方向，即第一幅圖的情況，廣播完地址，接收到應答信號后，主機開始正式向從機傳輸數據(DATA)，數據包的大小為8 位，主機每發(fā)送完一個字節(jié)數據，都要等待從機的應答信號(ACK)，重復這個過程，可以向從機傳輸N 個數據，這個N 沒有大小限制。當數據傳輸結束時，主機向從機發(fā)送一個停止傳輸信號(P)，表示不再傳輸數據。

讀數據

若配置的方向傳輸位為“讀數據”方向，即第二幅圖的情況，廣播完地址，接收到應答信號后，從機開始向主機返回數據(DATA)，數據包大小也為8 位，從機每發(fā)送完一個數據，都會等待主機的應答信號(ACK)，重復這個過程，可以返回N 個數據，這個N 也沒有大小限制。當主機希望停止接收數據時，就向從機返回一個非應答信號(NACK)，則從機自動停止數據傳輸。

讀和寫數據

除了基本的讀寫，I2C 通訊更常用的是復合格式，即第三幅圖的情況，該傳輸過程有兩次起始信號(S)。一般在第一次傳輸中，主機通過 SLAVE_ADDRESS 尋找到從設備后，發(fā)送一段“數據”，這段數據通常用于表示從設備內部的寄存器或存儲器地址(注意區(qū)分它與SLAVE_ADDRESS 的區(qū)別)；在第二次的傳輸中，對該地址的內容進行讀或寫。也就是說，第一次通訊是告訴從機讀寫地址，第二次則是讀寫的實際內容。

以上通訊流程中包含的各個信號分解如下：

通訊的起始和停止信號

前文中提到的起始(S)和停止(P)信號是兩種特殊的狀態(tài)，見圖 24-5。當 SCL 線是高電平時 SDA 線從高電平向低電平切換，這個情況表示通訊的起始。當 SCL 是高電平時 SDA線由低電平向高電平切換，表示通訊的停止。起始和停止信號一般由主機產生。

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CAN

1.名詞解釋

CAN總線全稱Controller Area Network，中文名控制器局域網絡。

2.歷史由來

CAN總線由以研發(fā)和生產汽車電子產品著稱的德國BOSCH公司開發(fā)的，并最終成為國際標準（ISO 11898），是國際上應用最廣泛的現場總線之一。

3.應用場景

CAN總線采用差分信號線CAN_L和CAN_H進行通信，最高支持1Mbps的通信速率。CAN總線采用多主控（Multi-Master）線性拓撲結構，加入網絡節(jié)點的設備均可以向總線發(fā)送廣播消息，其他設備通過ID過濾掉不感興趣的消息。CAN總線按照幀為單位進行數據傳輸，數據幀支持1-8Byte數據傳輸。

4.協(xié)議解析

CAN總線基于多路載波偵聽+基于消息優(yōu)先級的沖突檢測和非破壞性的仲裁機制，所有節(jié)點必須都等到總線處于空閑狀態(tài)時才能往總線上發(fā)送消息，多個節(jié)點往總線上發(fā)送消息時具備最高優(yōu)先級的消息獲得總線。

通過ID仲裁，ID數值越小，報文優(yōu)先級越高。

CAN總線通過過采樣技術進行位同步，CAN控制器工作的最小時間單位（CAN時鐘周期）稱為時間份額，一個位包含多個CAN時鐘周期。

為了實現位同步，CAN協(xié)議把每一位的時序分解成下圖所示的四段。這四段的長度加起來即為一個CAN數據位的長度。一個完整的位由8-25個Tq組成。

當總線上出現幀起始信號（SOF，即隱性到顯性的邊沿）時，其他節(jié)點的控制器根據總線上的這個下降沿對自己的位時序進行調整，把該下降沿包含到SS段內。這樣根據起始幀來進行的同步稱為硬同步。因為硬同步時只是在有幀起始信號時起作用，無法確保后續(xù)一連串的位時序都是同步的，所以CAN引入了重新同步的方式。在檢測到總線上的時序與節(jié)點使用的時序有相位差時（即總線上的跳變沿不在節(jié)點時序的SS段范圍），通過延長PBS1段或縮短PBS2段來獲得同步，這樣的方式稱為重新同步。

CAN一共規(guī)定了5中類型的幀，幀也稱為報文。數據幀在CAN通信中最主要，也最復雜。數據幀以一個顯性位（邏輯0）開始，以7個連續(xù)的隱性位（邏輯1）結束。CAN總線的數據幀有標準格式（Standard Format）和擴展格式（Extended Format）的區(qū)分。