JTAG : پن کنفیگریشن، ورکنگ، پروٹوکول اینالائزر، ٹائمنگ ڈایاگرام اور اس کی ایپلی کیشنز

JTAG (جوائنٹ ٹیسٹ ایکشن گروپ) ایک اچھی طرح سے قائم کردہ IEEE 1149.1 معیار ہے جسے 1980 میں الیکٹرانک بورڈز کے اندر پیدا ہونے والے مینوفیکچرنگ مسائل کو حل کرنے کے لیے تیار کیا گیا تھا۔ پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈز . اس ٹیکنالوجی کا استعمال ہر کمپلیکس بورڈ کے لیے کافی ٹیسٹ رسائی فراہم کرنے کے لیے کیا جاتا ہے جب ٹیسٹ کی رسائی کم ہو رہی تھی۔ اس طرح، باؤنڈری اسکین ٹیکنالوجی شروع کی گئی اور JTAG معیاری یا JTAG تفصیلات قائم ہے. الیکٹرانکس کی پیچیدگی روز بروز بڑھتی جارہی ہے، لہذا JTAG تفصیلات پیچیدہ اور کمپیکٹ الیکٹرانکس یونٹس کو جانچنے کے لیے قبول شدہ ٹیسٹ فارمیٹ بن گئی ہیں۔ یہ مضمون ایک جائزہ پر بحث کرتا ہے۔ JTAG پروٹوکول - ایپلی کیشنز کے ساتھ کام کرنا۔

JTAG کیا ہے؟

IEEE 1149.1 سٹینڈرڈ ٹیسٹ ایکسیس پورٹ کے ساتھ ساتھ باؤنڈری اسکین آرکیٹیکچر کو جو نام دیا گیا ہے اسے JTAG (جوائنٹ ٹیسٹ ایکشن گروپ) کے نام سے جانا جاتا ہے۔ یہ باؤنڈری اسکین آرکیٹیکچر زیادہ تر کمپیوٹر میں استعمال ہوتا ہے۔ پروسیسرز کیونکہ JTAG کے ساتھ پہلا پروسیسر انٹیل نے جاری کیا تھا۔ یہ IEEE معیار صرف اس بات کی وضاحت کرتا ہے کہ کمپیوٹر کی سرکٹری کی جانچ کس طرح کی جاتی ہے تاکہ اس بات کی تصدیق کی جا سکے کہ آیا یہ مینوفیکچرنگ کے طریقہ کار کے بعد صحیح طریقے سے کام کر رہا ہے۔ سرکٹ بورڈز پر، ٹانکا لگانے والے جوڑوں کو چیک کرنے کے لیے ٹیسٹ کیے جاتے ہیں۔

جوائنٹ ٹیسٹ ایکشن گروپ ٹیسٹرز کے لیے ہر IC پیڈ کے ساتھ ایک پن آؤٹ ویو فراہم کرتا ہے جو سرکٹ بورڈ کے اندر کسی بھی خرابی کی نشاندہی کرنے میں مدد کرتا ہے۔ ایک بار جب یہ پروٹوکول ایک چپ سے جڑ جاتا ہے، تو یہ ایک ڈویلپر کو چپ کے ساتھ ساتھ دیگر چپس کے ساتھ اس کے کنکشن کو کنٹرول کرنے کی اجازت دے کر چپ سے ایک پروب منسلک کر سکتا ہے۔ جوائنٹ ٹیسٹ ایکشن گروپ کے ساتھ انٹرفیس کو ڈیولپرز ایک الیکٹرانک ڈیوائس میں فرم ویئر کو غیر مستحکم میموری پر کاپی کرنے کے لیے بھی استعمال کر سکتے ہیں۔

کنفیگریشن/پن آؤٹ

جوائنٹ ٹیسٹ ایکشن گروپ میں 20 پن شامل ہیں جہاں ہر پن اور اس کے فنکشن پر ذیل میں بات کی گئی ہے۔

Pin1 (VTref): یہ ٹارگٹ ریفرنس وولٹیج پن ہے جو ٹارگٹ کی مین پاور سپلائی سے منسلک ہونے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے جو 1.5 سے 5.0VDC تک ہے۔

Pin2 (Vsupply): یہ ٹارگٹ سپلائی وولٹیج ہے جو ٹارگٹ 1.5VDC – 5.0VDC کی مین وولٹیج سپلائی کو جوڑنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔

Pin3 (nTRST): یہ ایک ٹیسٹ ری سیٹ پن ہے جو ٹی اے پی کنٹرولر کی سٹیٹ مشین کو ری سیٹ کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔

پن (4، 6، 8، 10، 12، 14، 16، 18 اور 20): یہ عام GND پن ہیں۔

Pin5 (TDI): یہ پن میں ٹیسٹ ڈیٹا ہے۔ یہ ڈیٹا ٹارگٹ ڈیوائس میں منتقل ہو جاتا ہے۔ اس پن کو ٹارگٹ بورڈ پر ایک متعین حالت پر کھینچنا ضروری ہے۔

Pin7 (TMS): یہ ٹیسٹ موڈ اسٹیٹ پن ہے جسے ٹی اے پی کنٹرولر کی اسٹیٹ مشین کی اگلی حالت کا تعین کرنے کے لیے کھینچا جاتا ہے۔

Pin9 (TCK): یہ ایک ٹیسٹ کلاک پن ہے جو ٹی اے پی کنٹرولر میں اندرونی حالت کی مشین کے آپریشنز کو سنکرونائز کرتا ہے۔

پن 11 (RTCK): یہ ان پٹ ریٹرن TCK پن ہے جو ان ڈیوائسز میں استعمال ہوتا ہے جو اڈاپٹیو کلاکنگ کو سپورٹ کرتے ہیں۔

Pin13 (TDO): یہ ٹیسٹ ڈیٹا آؤٹ پن ہے، لہذا ڈیٹا کو ٹارگٹ ڈیوائس سے باہر فلائی واٹر میں منتقل کیا جاتا ہے۔

Pin15 (nSRST): یہ ٹارگٹ سسٹم ری سیٹ پن ہے جو ٹارگٹ کے مین ری سیٹ سگنل سے جڑا ہوا ہے۔

پن 17 اور 19 (NC): یہ جڑے ہوئے پن نہیں ہیں۔

JTAG کام کر رہا ہے۔

JTAG کا اصل استعمال باؤنڈری ٹیسٹنگ کے لیے ہے۔ یہاں، ایک سادہ پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈ ہے جس میں دو آئی سی جیسے سی پی یو اور ایف پی جی اے . ایک عام بورڈ میں کئی ICs شامل ہو سکتے ہیں۔ عام طور پر، آئی سی میں بہت سے پن شامل ہوتے ہیں جو بہت سے کنکشن کے ساتھ مشترکہ طور پر جڑے ہوتے ہیں۔ یہاں، درج ذیل خاکہ میں، صرف چار کنکشن دکھائے گئے ہیں۔

لہذا اگر آپ بہت سے بورڈ ڈیزائن کرتے ہیں جہاں ہر بورڈ کے ہزاروں کنکشن ہوتے ہیں۔ اس میں، کچھ خراب بورڈز ہیں. لہذا ہمیں یہ دیکھنا ہوگا کہ کون سا بورڈ کام کر رہا ہے اور کون سا کام نہیں کر رہا ہے۔ اس کے لیے جوائنٹ ٹیسٹ ایکشن گروپ تیار کیا گیا۔

یہ پروٹوکول تمام چپس کے کنٹرول پنوں کو استعمال کر سکتا ہے لیکن مندرجہ ذیل خاکہ میں، جوائنٹ ٹیسٹ ایکشن گروپ CPU کے تمام آؤٹ پٹ پن اور FPGA کے تمام ان پٹ پنوں کو بنانے جا رہا ہے۔ اس کے بعد، CPU کے پنوں سے ڈیٹا کی کچھ مقدار منتقل کرکے اور FPGA سے پنوں کی قدروں کو پڑھ کر، JTAG بتاتا ہے کہ PCB بورڈ کے کنکشن ٹھیک ہیں۔

دراصل، جوائنٹ ٹیسٹ ایکشن گروپ میں چار لاجک سگنلز TDI، TDO، TMS اور TCK شامل ہیں۔ اور ان سگنلز کو ایک خاص طریقے سے جوڑنے کی ضرورت ہے۔ سب سے پہلے، TMS اور TCK JTAG کے تمام ICs کے متوازی طور پر جڑے ہوئے ہیں۔

اس کے بعد، TDI اور TDO دونوں ایک سلسلہ بنانے کے لیے جڑے ہوئے ہیں۔ جیسا کہ آپ مشاہدہ کر سکتے ہیں، ہر JTAG کے مطابق IC میں 4- پن شامل ہوتے ہیں جو JTAG کے لیے استعمال ہوتے ہیں جہاں 3-پن ان پٹ ہوتے ہیں اور چوتھا پن آؤٹ پٹ ہوتا ہے۔ TRST کی طرح پانچواں پن اختیاری ہے۔ عام طور پر، JTAG پنوں کو دوسرے مقاصد کے لیے شیئر نہیں کیا جاتا ہے۔

جوائنٹ ٹیسٹ ایکشن گروپ کا استعمال کرتے ہوئے، تمام آئی سی باؤنڈری ٹیسٹنگ کا استعمال کرتے ہیں جس کی اصل وجہ JTAG نے بنائی ہے۔ فی الحال، اس پروٹوکول کے استعمال کو مختلف چیزوں کی اجازت دینے کے لیے بڑھا دیا گیا ہے جیسے FPGAs کو ترتیب دینا اور اس کے بعد JTAG کو ڈیبگنگ کے مقاصد کے لیے FPGA کور میں استعمال کیا جاتا ہے۔

JTAG فن تعمیر

JTAG فن تعمیر ذیل میں دکھایا گیا ہے۔ اس فن تعمیر میں، آلے کی بنیادی منطق اور پنوں کے درمیان تمام سگنلز ایک سیریل اسکین پاتھ کے ذریعے روکے جاتے ہیں جسے BSR یا باؤنڈری اسکین رجسٹر کہتے ہیں۔ اس BSR میں مختلف باؤنڈری اسکین 'سیل' شامل ہیں۔ عام طور پر، یہ باؤنڈری اسکین سیلز نظر نہیں آتے لیکن انہیں ڈیوائس پنوں سے ٹیسٹ موڈ میں اقدار کو سیٹ کرنے یا پڑھنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔

JTAG انٹرفیس جسے TAP یا ٹیسٹ ایکسیس پورٹ کہا جاتا ہے باؤنڈری اسکین آپریشن جیسے TCK، TMS، TDI، TDO، اور TRST کو سپورٹ کرنے کے لیے مختلف سگنل استعمال کرتا ہے۔

• TCK یا ٹیسٹ کلاک سگنل ریاستی مشین کے اندرونی کاموں کو آسانی سے ہم آہنگ کرتا ہے۔
• TMS یا ٹیسٹ موڈ سلیکٹ سگنل کو اگلی حالت کا فیصلہ کرنے کے لیے ٹیسٹ کلاک سگنل کے بڑھتے ہوئے کنارے پر نمونہ دیا جاتا ہے۔
• TDI یا ٹیسٹ ڈیٹا ان سگنل ٹیسٹ ڈیوائس میں منتقل شدہ ڈیٹا کو ظاہر کرتا ہے بصورت دیگر پروگرامنگ منطق۔ ایک بار جب اندرونی ریاست کی مشین صحیح حالت میں آجائے تو پھر اسے TCK کے بڑھتے ہوئے کنارے پر نمونہ کیا جاتا ہے۔
• TDO یا ٹیسٹ ڈیٹا آؤٹ سگنل ٹیسٹ ڈیوائس کے شفٹ آؤٹ ڈیٹا کو ظاہر کرتا ہے بصورت دیگر پروگرامنگ منطق۔ ایک بار جب اندرونی ریاستی مشین صحیح حالت میں آجائے تو یہ TCK کے گھٹتے ہوئے کنارے پر درست ہے۔
• TRST یا ٹیسٹ ری سیٹ ایک اختیاری پن ہے جو TAP کنٹرولر کی ریاستی مشین کو دوبارہ ترتیب دینے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔

ٹی اے پی کنٹرولر

JTAG کے فن تعمیر میں ٹیسٹ ایکسیس پوائنٹ ایک TAP کنٹرولر، ایک انسٹرکشن رجسٹر اور ٹیسٹ ڈیٹا رجسٹر پر مشتمل ہے۔ اس کنٹرولر میں ٹیسٹنگ سٹیٹ مشین شامل ہے جو TMS اور TCK سگنلز کو پڑھنے کے لیے جوابدہ ہے۔ یہاں، ڈیٹا i/p پن کا استعمال صرف IC کور اور فزیکل پنوں کے درمیان باؤنڈری سیلز میں ڈیٹا لوڈ کرنے کے لیے کیا جاتا ہے، اور ڈیٹا رجسٹروں میں سے کسی ایک میں یا انسٹرکشن رجسٹر میں ڈیٹا لوڈ کرنے کے لیے بھی۔ ڈیٹا o/p پن کو رجسٹر یا باؤنڈری سیلز سے ڈیٹا پڑھنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔

ٹی اے پی کنٹرولر کی ریاستی مشین TMS کے ذریعے کنٹرول ہوتی ہے اور اسے TCK کے ذریعے کلاک کیا جاتا ہے۔ ریاستی مشین دو مختلف طریقوں کی نشاندہی کرنے کے لیے دو راستے استعمال کرتی ہے جیسے انسٹرکشن موڈ اور ڈیٹا موڈ۔

رجسٹر کرتا ہے۔

باؤنڈری اسکین کے اندر دو قسم کے رجسٹر دستیاب ہیں۔ ہر کمپلائنٹ ڈیوائس میں کم از کم دو یا اس سے اوپر کے ڈیٹا رجسٹر اور ایک انسٹرکشن رجسٹر ہوتا ہے۔

انسٹرکشن رجسٹر

انسٹرکشن رجسٹر کا استعمال موجودہ انسٹرکشن کو منعقد کرنے کے لیے کیا جاتا ہے۔ لہذا اس کا ڈیٹا ٹی اے پی کنٹرولر کے ذریعہ یہ فیصلہ کرنے کے لئے استعمال کیا جاتا ہے کہ حاصل کردہ سگنلز کے ساتھ کیا کرنا ہے۔ اکثر، انسٹرکشن رجسٹر کا ڈیٹا اس بات کی وضاحت کرتا ہے کہ کس ڈیٹا رجسٹر کے سگنل کو پاس کرنا ضروری ہے۔

ڈیٹا رجسٹرز

ڈیٹا رجسٹر تین اقسام میں دستیاب ہیں بی ایس آر (باؤنڈری اسکین رجسٹر)، بائی پاس اور آئی ڈی کوڈز رجسٹر۔ اور ساتھ ہی، دوسرے ڈیٹا رجسٹر بھی ہو سکتے ہیں، تاہم JTAG معیار کے عنصر کے طور پر وہ ضروری نہیں ہیں۔

باؤنڈری اسکین رجسٹر (BSR)

BSR ایک اہم ٹیسٹنگ ڈیٹا رجسٹر ہے جو ڈیٹا کو I/O پنوں سے اور اس میں منتقل کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔

بائی پاس

بائی پاس ایک واحد بٹ رجسٹر ہے جو TDI – TDO سے ڈیٹا منتقل کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ لہذا یہ سرکٹ کے اندر اضافی آلات کو کم از کم اوور ہیڈ کے ذریعہ جانچنے کی اجازت دیتا ہے۔

شناختی کوڈز

اس قسم کے ڈیٹا رجسٹر میں آئی ڈی کوڈ کے ساتھ ساتھ ڈیوائس کا نظرثانی نمبر بھی شامل ہوتا ہے۔ لہذا یہ ڈیٹا ڈیوائس کو اس کی BSDL (باؤنڈری اسکین ڈسکرپشن لینگویج) فائل سے منسلک ہونے دیتا ہے۔ اس فائل میں آلے کے لیے باؤنڈری اسکین کنفیگریشن کی تفصیلات شامل تھیں۔

JTAG کا کام، ابتدائی طور پر، انسٹرکشن موڈ کا انتخاب کیا جاتا ہے جہاں اس موڈ 'پاتھ' میں ریاستوں میں سے ایک آپریٹر کو TDI کی طرف سے دی گئی ہدایات کے اندر کلاک کرنے دیتی ہے۔ اس کے بعد، ریاستی مشین اس وقت تک تیار ہوتی ہے جب تک کہ وہ دوبارہ ترتیب نہ دے سکے۔ زیادہ تر ہدایات کے لیے اگلا مرحلہ ڈیٹا موڈ کا انتخاب کرنا ہے۔ تو اس موڈ میں، ڈیٹا کو TDI کے ذریعے TDO سے پڑھنے کے لیے لوڈ کیا جاتا ہے۔ TDI اور TDO کے لیے، ڈیٹا پاتھ اس ہدایات کے مطابق ترتیب دیے جائیں گے جو کلاک کر دی گئی ہے۔ ایک بار پڑھنے/لکھنے کا عمل مکمل ہو جانے کے بعد، ریاستی مشین دوبارہ سیٹ حالت میں تیار ہو جاتی ہے۔

JTAG بمقابلہ UART کے درمیان فرق

JTAG اور UART کے درمیان فرق میں درج ذیل شامل ہیں۔

JTAG پروٹوکول تجزیہ کار

JTAG پروٹوکول اینالائزر جیسے PGY-JTAG-EX-PD ایک قسم کا پروٹوکول اینالائزر ہے جس میں ٹیسٹ کے تحت میزبان اور ڈیزائن کے درمیان کمیونیکیشن کو پکڑنے اور ڈیبگ کرنے کے لیے کچھ خصوصیات شامل ہیں۔ اس قسم کا تجزیہ کار ایک اہم آلہ ہے جو ٹیسٹ اور ڈیزائن انجینئرز کو JTAG کے مخصوص ڈیزائنوں کو جانچنے کی اجازت دیتا ہے تاکہ PGY-JTAG-EX-PD جیسے ماسٹر یا غلام کو JTAG ٹریفک پیدا کرنے اور ڈی کوڈ پیکٹوں کو ڈی کوڈ کرنے کے ذریعے اس کی خصوصیات کے لیے جانچ کر سکیں۔ مشترکہ ٹیسٹ ایکشن گروپ پروٹوکول۔

خصوصیات

JTAG پروٹوکول تجزیہ کار کی خصوصیات میں درج ذیل شامل ہیں۔

• یہ JTAG فریکوئنسیوں کی 25MH تک کی حمایت کرتا ہے۔
• یہ بیک وقت بس کے لیے JTAG ٹریفک اور پروٹوکول ڈی کوڈ تیار کرتا ہے۔
• اس میں JTAG ماسٹر کی صلاحیت ہے۔
• متغیر JTAG ڈیٹا کی رفتار اور ڈیوٹی سائیکل۔
• صارف کی طرف سے طے شدہ TDI اور TCK میں تاخیر۔
• میزبان کمپیوٹر USB 2.0 یا 3.0 انٹرفیس۔
• پروٹوکول ڈی کوڈ کے اندر خرابی کا تجزیہ
• پروٹوکول ڈی کوڈ شدہ بس ٹائمنگ ڈایاگرام۔
• ایک بڑا بفر فراہم کرنے کے لیے میزبان کمپیوٹر پر مسلسل پروٹوکول ڈیٹا سٹریمنگ۔
• پروٹوکول کی سرگرمیوں کی فہرست۔
• مختلف رفتار پر، ایک سے زیادہ ڈیٹا فریم جنریشن کو یکجا کرنے کے لیے ایک مشق اسکرپٹ لکھا جا سکتا ہے۔

ٹائمنگ ڈایاگرام

دی JTAG کا ٹائمنگ ڈایاگرام پروٹوکول ذیل میں دکھایا گیا ہے. مندرجہ ذیل خاکہ میں، TDO پن زیادہ رکاوٹ کی حالت میں رہتا ہے سوائے شفٹ-IR/ shift-DR کنٹرولر حالت کے۔
شفٹ-IR اور Shift-DR کنٹرولر حالات میں، TDO پن کو ٹارگٹ کے ذریعے TCK کے گھٹتے ہوئے کنارے پر اپ ڈیٹ کیا جاتا ہے اور میزبان کے ذریعے TCK کے بڑھتے ہوئے کنارے پر نمونہ لیا جاتا ہے۔

TDI اور TMS دونوں پنوں کو ٹارگٹ کے ذریعے TCK کے بڑھتے ہوئے کنارے پر آسانی سے نمونہ بنایا گیا ہے۔ گھٹتے ہوئے کنارے پر اپ ڈیٹ کیا گیا ورنہ میزبان کے ذریعے TCK۔

ایپلی کیشنز

دی JTAG ایپلی کیشنز مندرجہ ذیل شامل ہیں.

• جوائنٹ ٹیسٹ ایکشن گروپ اکثر پروسیسرز میں ان کے ایمولیشن یا ڈیبگ فنکشنز میں داخلے کا حق فراہم کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔
• تمام CPLDs اور FPGAs اسے اپنے پروگرامنگ فنکشنز تک رسائی دینے کے لیے ایک انٹرفیس کے طور پر استعمال کرتے ہیں۔
• یہ جسمانی رسائی کے بغیر پی سی بی کی جانچ کے لیے استعمال ہوتا ہے۔
• یہ بورڈ کی سطح کے مینوفیکچرنگ ٹیسٹ کے لیے استعمال ہوتا ہے۔

اس طرح، یہ سب کے بارے میں ہے JTAG کا ایک جائزہ - پن کنفیگریشن، ایپلی کیشنز کے ساتھ کام کرنا۔ صنعت کا معیاری JTAG ڈیزائن کی تصدیق کے ساتھ ساتھ تیاری کے بعد پی سی بی ٹیسٹنگ کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ یہاں آپ کے لیے ایک سوال ہے، JTAG کا مطلب ہے؟