JTAG和SWD的简单了解

JTAG

　　JTAG 是一种串行通信协议和硬件接口，用于：

• 对芯片内部进行调试、控制和测试

• 实现 SoC/FPGA/CPU 的调试功能（如断点、单步执行、寄存器访问）

• 在系统不运行时也能访问芯片内部状态

1、JTAG接口引脚

　　标准 JTAG 接口至少有以下 4~5 根引脚：

引脚接口	含义	方向
TDI	Test Data In：输入数据	调试器 → 目标
TDO	Test Data Out：输出数据	目标 → 调试器
TCK	Test Clock：时钟信号	调试器 → 目标
TMS	Test Mode Select：模式控制	调试器 → 目标
nTRST（可选）	测试逻辑复位	调试器 → 目标

 常见 JTAG 连接头为 10-pin 或 20-pin IDC 接头（2.54mm 排针）。

2、JTAG 内部结构原理（简化）

　　每个支持 JTAG 的芯片内部有一个 JTAG 状态机（TAP Controller），用于解析 TMS/TCK 控制信号，并访问：

• 边界扫描寄存器（用于测试 PCB 焊接情况）

• 指令寄存器（IR）

• 数据寄存器（DR）

• 内部调试接口（如 ARM DAP、FPGA 配置引擎）

3、JTAG 的主要用途

　　①边界扫描（Boundary Scan）

• 测试 PCB 上芯片与芯片之间的互连信号是否焊接良好

• 无需上电运行系统，只需测试管脚状态

• 适用于复杂 PCB 验证和产线测试

　　②程序下载 / 烧录

• 通过 JTAG 下载程序到 MCU / SoC 的 Flash

• 下载 FPGA 的配置数据（bitstream）

　　③调试处理器（Debug）

• 控制 CPU 暂停、单步、设置断点

• 读写寄存器和内存

• 在系统奔溃或死机时仍可分析状态（不像串口调试那样依赖运行系统）

4、实际应用举例

　　①STM32 或 Cortex-M 微控制器：

• 使用 JTAG 或 SWD 接口连接 ST-Link/J-Link

• 在 IDE（如 Keil、IAR、STM32CubeIDE）中进行在线调试

　　②FPGA：

• 使用 JTAG 将配置文件下载到 SRAM 或 Flash

• 用来调试 RTL 逻辑（如 Xilinx ILA、SignalTap）

　　③PCBA 测试：

• 利用边界扫描模式自动测试焊接质量（如飞针测试、自动测试仪）

5、常见JTAG调试器

调试器	支持平台	接口类型
ST-Link	STM32	SWD / JTAG
J-Link	通用 ARM	SWD / JTAG
Xilinx Platform Cable	FPGA	JTAG
OpenOCD	多平台开源	SWD / JTAG
DAPLink	ARM	SWD / JTAG

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SWD

SWD = Serial Wire Debug

　　SWD 是一种基于 串行通信的调试协议，用于与 ARM Cortex-M 系列（如 STM32、nRF、GD32、LPC）等微控制器进行调试和编程。它是 ARM Debug Access Port（DAP） 架构的一部分。

SWD 的特点

特性	描述
引脚少	只需要 2 根信号线（+ GND），适合引脚紧张的芯片或板子
低成本、高性能	替代 JTAG，硬件资源消耗更少
功能强大	支持单步调试、断点、内存/寄存器访问、Flash 编程
与JTAG兼容	多数芯片可在 SWD 和 JTAG 之间切换

 

1、SWD接口引脚定义

引脚名	功能说明
SWDIO	串行数据线（双向）
SWCLK	串行时钟（调试器驱动）
GND	接地（共地）
nRESET（可选）	外部复位引脚
VCC / VTref（可选）	提供目标电压参考给调试器，用于电平匹配

注意：SWDIO 是双向数据线，一般需要接一个 上拉电阻（通常为 10kΩ 到 47kΩ）。

 2、SWD接口原理（简图）

调试器端                        目标 MCU
┌────────┐                   ┌────────────┐
│ SWDIO ├───────────────►───┤ SWDIO(PA13)│
│ SWCLK ├───────────────►───┤ SWCLK(PA14)│
│ GND   ├────────────────────┤ GND        │
│ nRESET├───────►(可选)──────┤ NRST       │
└────────┘                   └────────────┘

3、使用 SWD 的常见工具

调试器	支持平台	接口
ST-Link	STM32、GD32 等	SWD
J-Link	通用 ARM	SWD/JTAG
DAPLink	通用 ARM	SWD
CMSIS-DAP	标准开放协议	SWD
OpenOCD	开源调试软件	SWD/JTAG

4、SWD的实际用途

• 向 MCU 下载程序（Flash 编程）

• 设置硬件断点、单步调试

• 实时变量查看（watch/monitor）

• 与 IDE（如 Keil、STM32CubeIDE）联动调试

• 在 MCU 死机时通过 SWD 仍可访问寄存器与内存

许多开发板的 SWD 接口用来烧录程序到 Flash，如 STM32 的 .hex 或 .bin 文件。使用 ST-Link Utility 或 STM32CubeProgrammer，即可通过 SWD 烧写目标 MCU。

SWD 的使用注意事项

• 上电后第一时间初始化 SWDIO/SWCLK，避免被程序占用成 GPIO

• 出现无法连接时，可尝试使用 nRESET 强制复位进入 Bootloader

• 若程序配置了 SWD 引脚为普通 IO，可能需要进入系统 Boot 模式重新解锁

SWD 和 JTAG 的对比

特性	SWD	JTAG
信号线数	2（SWDIO, SWCLK）	4~5（TMS, TCK, TDI, TDO, nTRST）
调试功能	支持（断点、单步、寄存器访问）	支持
节省 IO	✅	❌
边界扫描功能	❌（不支持）	✅（支持）
ARM Cortex-M 适配	✅（专属）	✅（也支持）
FPGA 适配	❌	✅