JTAG和SWD的区别与联系

JTAG和SWD是两种常用的用于调试和编程ARM微控制器的接口，它们都可以通过调试器（如ST-LINK或J-Link）与电脑连接，实现对目标芯片的内存、寄存器、外设等的访问和控制。

本文将介绍JTAG和SWD的基本概念、特点、优缺点和应用场景，以及它们之间的区别与联系。

JTAG接口

JTAG（Joint Test Action Group）是一种标准化的测试接口，最初用于检测电路板上的连接错误，后来被广泛应用于芯片内部逻辑测试、边界扫描、调试和编程等领域。JTAG接口通常由4或5根信号线组成，分别是：

• TCK（Test Clock）：测试时钟线，提供同步时钟信号；
• TMS（Test Mode Select）：测试模式选择线，用于控制JTAG状态机的转换；
• TDI（Test Data Input）：测试数据输入线，用于向目标芯片发送数据；
• TDO（Test Data Output）：测试数据输出线，用于从目标芯片接收数据；
• TRST（Test Reset）：测试复位线，用于复位JTAG状态机（可选）。

JTAG接口使用一种基于移位寄存器的链式结构，将多个目标芯片或模块串联在一起，形成一个扫描链。每个芯片或模块都有一个或多个扫描链单元（Scan Chain Element），每个扫描链单元都有一个或多个扫描寄存器（Scan Register），每个扫描寄存器都有一个或多个扫描单元（Scan Cell）。通过TCK、TMS、TDI和TDO四根信号线，可以实现对扫描链上任意一个扫描寄存器的读写操作。

JTAG接口使用一个16状态的有限状态机（Finite State Machine）来控制扫描链的工作模式。通过TMS信号线上的高低电平序列，可以使状态机在不同的状态之间转换。其中最重要的两个状态是：

• Shift-IR（Shift Instruction Register）：在该状态下，可以通过TDI信号线向扫描链中的指令寄存器（Instruction Register）发送指令，并通过TDO信号线从指令寄存器读取指令；
• Shift-DR（Shift Data Register）：在该状态下，可以通过TDI信号线向扫描链中的数据寄存器（Data Register）发送数据，并通过TDO信号线从数据寄存器读取数据。

不同的指令可以使扫描链进入不同的工作模式，例如：

• BYPASS：跳过当前芯片或模块，不对其进行操作；
• IDCODE：读取当前芯片或模块的识别码；
• EXTEST：对当前芯片或模块进行外部测试；
• INTEST：对当前芯片或模块进行内部测试；
• SAMPLE/PRELOAD：采样或预加载当前芯片或模块的引脚状态；
• USERCODE：读取当前芯片或模块的用户自定义代码。

对于ARM微控制器而言，还有一些特定的指令，例如：

• DPACC：访问调试端口（Debug Port）寄存器；
• APACC：访问访问端口（Access Port）寄存器；
• ABORT：中止当前的操作；
• JTAG-AP：选择JTAG访问端口（JTAG Access Port）。

通过JTAG接口，可以实现对ARM微控制器的调试和编程功能，例如：

• 读写内存和寄存器；
• 控制芯片的运行、暂停、单步执行等；
• 设置断点和观察点；
• 下载程序到Flash或RAM；
• 擦除、锁定或解锁Flash；
• 监视芯片的状态和性能。

SWD接口

SWD（Serial Wire Debug）是一种基于JTAG协议的两线调试接口，由ARM公司提出，用于替代JTAG接口，提高调试效率和降低成本。SWD接口只需要两根信号线，分别是：

• SWCLK（Serial Wire Clock）：串行时钟线，提供同步时钟信号；
• SWDIO（Serial Wire Data Input/Output）：串行数据输入输出线，用于双向数据传输。

SWD接口使用一种基于包的通信协议，每个包由三个部分组成：

• 请求头（Request Header）：8位，由调试器发送，用于指定操作类型、方向、地址等信息；
• 应答头（Acknowledge Header）：3位，由目标芯片发送，用于表示操作是否成功或出错；
• 数据（Data）：32位或64位，根据操作类型和方向，由调试器或目标芯片发送或接收。

SWD接口可以访问两种类型的端口：

• 调试端口（Debug Port）：用于连接调试器和访问端口，有两个版本，分别是SW-DP（Serial Wire Debug Port）和JTAG-DP（JTAG Debug Port），其中SW-DP只支持SWD接口，而JTAG-DP支持JTAG和SWD接口；
  

• 访问端口（Access Port）：用于访问目标芯片的内存、寄存器、外设等资源，有多种类型，例如AHB-AP（Advanced High-performance Bus Access Port）、APB-AP（Advanced Peripheral Bus Access Port）、JTAG-AP（JTAG Access Port）等。

通过SWD接口，可以实现与JTAG接口相同的调试和编程功能，例如：

• 读写内存和寄存器；
• 控制芯片的运行、暂停、单步执行等；
• 设置断点和观察点；
• 下载程序到Flash或RAM；
• 擦除、锁定或解锁Flash；
• 监视芯片的状态和性能。

JTAG和SWD的区别与联系

JTAG和SWD接口都可以用于调试和编程ARM微控制器，它们之间有以下几点区别与联系：

• JTAG接口使用4或5根信号线，而SWD接口只使用2根信号线，因此SWD接口更节省引脚资源和布线空间；
• JTAG接口使用移位寄存器链式结构和有限状态机控制方式，而SWD接口使用包通信协议和双向数据线传输方式，因此SWD接口更高效和灵活；
• JTAG接口支持多个目标芯片或模块的串联扫描链结构，而SWD接口只支持单个目标芯片或模块的连接方式，因此JTAG接口更适合复杂的系统测试和调试场景；
• JTAG接口是一种通用的测试标准，不仅适用于ARM微控制器，还适用于其他类型的芯片或模块；而SWD接口是一种专门针对ARM微控制器设计的调试接口，不具有通用性；
• JTAG接口和SWD接口在协议层是兼容的，都遵循ARM调试接口v5的规范，因此可以使用相同的调试器（如ST-LINK或J-Link）和软件工具（如STM32CubeProgrammer或Keil MDK）来操作它们；
• JTAG接口和SWD接口在物理层是可切换的，一些ARM微控制器支持在JTAG-DP和SW-DP之间动态切换，只需要在复位后发送一个特定的序列到TMS信号线上即可；
• JTAG接口和SWD接口在功能层是等价的，都可以实现对ARM微控制器的调试和编程功能，但由于SWD接口更高效和灵活，因此在一些性能要求较高或资源受限的场景下，SWD接口更具有优势。

J-Link和ST-Link

JLINK和STLINK是两种常用的用于调试和编程ARM微控制器的仿真器，它们都可以通过USB接口与电脑连接，实现对目标芯片的内存、寄存器、外设等的访问和控制。

J-LINK仿真器

JLINK是德国SEGGER公司为支持仿真ARM内核芯片推出的JTAG仿真器，很多ARM芯片的接口协议是JTAG或SWD，JLINK一端接电脑USB接口，一端接CPU的JTAG或SWD接口，JLINK充当的作用就是USB转JTAG或USB转SWD，支持JTAG和SWD两种模式。

JLINK仿真器具有以下特点：

• 可配合IAR EWARM，ADS，KEIL，WINARM，RealView等集成开发环境；
• 支持ARM7/ARM9/ARM11，Cortex M0/M1/M3/M4，Cortex A5/A8/A9等内核芯片的仿真；
• 支持高速下载和调试，最高时钟频率可达50MHz；
• 支持热插拔和自动识别目标电压；
• 支持多种Flash编程算法和自定义算法；
• 支持多种调试功能，如运行、暂停、单步执行、断点、观察点、追踪等。

JLINK仿真器的优缺点如下：

• 优点：通用性强，支持的芯片和软件开发环境多；性能高，下载和调试速度快；功能全，支持多种Flash编程算法和调试功能；稳定性好，兼容性强。
• 缺点：价格较高，正版价格在1000元以上；仿冒品较多，质量参差不齐；需要安装驱动程序和软件工具。不对呀，这好像不是他的缺点😅

STLINK仿真器

STLINK是ST意法半导体为评估、开发STM8/STM32系列MCU而设计的集在线仿真与下载为一体的开发工具，支持SWIM/JTAG/SWD三种模式。STLINK有多个版本，分别是ST-LINK/V1（已停产），ST-LINK/V2（常见于Nucleo或Discovery开发板），ST-LINK/V2-1（常见于新版Nucleo或Discovery开发板），ST-LINK/V3（最新版）。

STLINK仿真器具有以下特点：

• 只支持所有带SWIM接口的STM8系列单片机和所有带JTAG/SWD接口的STM32系列单片机；
• 可配合IAR EWSTM8/EWARM，KEIL MDK等集成开发环境；
• 支持高速下载和调试，最高时钟频率可达24MHz（V3版）；
• 支持热插拔和自动识别目标电压；
• 支持多种Flash编程算法和自定义算法；
• 支持多种调试功能，如运行、暂停、单步执行、断点、观察点等。

STLINK仿真器的优缺点如下：

• 优点：价格较低，正版价格在100元左右；专用性强，针对STM8/STM32单片机优化；功能全，支持多种Flash编程算法和调试功能；稳定性好，兼容性强。
• 缺点：通用性差，只支持STM8/STM32单片机；性能一般，下载和调试速度不如JLINK；需要安装驱动程序和软件工具。

JLINK和STLINK的比较与选择

JLINK和STLINK仿真器都可以用于调试和编程ARM微控制器，它们之间有以下几点比较与选择：

• 如果你使用的是STM8/STM32单片机，首选STLINK仿真器，因为它是针对这些芯片专门设计的，性价比高，功能全面，稳定可靠；
• 如果你使用的是其他类型的ARM内核芯片，或者需要在不同类型的芯片之间切换，首选JLINK仿真器，因为它是通用型的仿真器，支持的芯片和软件开发环境多，性能高，功能强大；
• 如果你对下载和调试速度有较高的要求，或者需要使用一些高级的调试功能，如追踪、分析等，首选JLINK仿真器，因为它的时钟频率和数据传输速率都比STLINK仿真器高；
• 如果你对价格有较高的敏感度，或者只是做一些简单的开发和测试，首选STLINK仿真器，因为它的价格比JLINK仿真器低很多，而且也能满足基本的下载和调试需求。

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把 永 远 爱 你 写 进 诗 的 结 尾 ~