Существует довольно много конфигураций различных программаторов, которые позволяют переписать программные наработки в микроконтроллер. Они могут быть различными, рассчитанными на профессионалов или, наоборот, иметь упрощенный интерфейс. К последним программаторам относится и герой этой статьи. Вы узнаете не только, что он представляет собой, но и как сделать программатор JTAG своими руками. Вы найдёте схемы и фотографии, как должен выглядеть результат.

Чем является JTAG-программатор?

Он представляет собой упрощенный вариант профессионального AVR JTAG ICE, который, как можно догадаться по его названию, предназначен для программирования микроконтроллеров семейства AVR. Его главное отличие в том, что собрать его может даже непрофессионал, и конечная стоимость будет многократно ниже, чем при покупке заводского. По сути, представленный в статье механизм - китайская реплика, поэтому этот программатор AVR ещё и можно купить. Поэтому не кривя душой можно сказать, что существует ещё и вариант покупки. Но сборка своими руками позволит избежать возможных негативных последствий вследствие дешевизны и низкого качества покупаемых деталей при производстве.

Почему выбирают именно программатор JTAG?

Главное - его низкая стоимость и лёгкость в сборке. JTAG-программатор может программировать все устройства, имеющие интерфейс JTAG. Для работы через компьютер необходима среда разработки AVR Studio 4-й или больше версии. С ними этот программатор AVR сможет работать.

Недостатки программатора

Самые последние версии семейств микроконтроллеров, без дополнительной работы, не программируются. Также существуют значительные проблемы с теми представителями, у которых меньше 40 ног и 16 Кб памяти. Как можно заметить, круг потенциальных клиентов довольно ограничен. Но несколько популярных моделей как раз подпадают под него, так что он пригодится.

Схема

Схема программатора простая, для работы необходима ATMega16 и немного дополнительной электроники. В качестве интерфейса может быть использовано MAX232 (для работы с COM) и FT232RL (для работы с USB). Стоит оговориться, что при использовании второго варианта подключать питание через USB не рекомендуют. В таких случаях из-за ошибки или недосмотра могут получить напряжение защитные диоды, и на выводах FT232RL будет Это чревато выходом из строя или программатора, или объекта программирования. Решается этот нюанс подачей питания через плату.

Для большей простоты тем, кто не имеет достаточной квалификации, программатор рассчитан на MAX232, но для другого варианта требуется только установить другой разъем.

Настройка

Учитывая, что есть необходимые схемы, следует только вытравить плату. Далее всё аккуратно подсоединяется, припаивается на места, и проверяется работа программатора путём прошивки загрузчика. Затем следует с AVR Studio обновить прошивку для JTAG-программатора до последней версии или до тех пор, пока надо. К адаптеру подключается программатор. Если он работает - значит можно переходить к следующему разделу, в котором обрисованы нюансы работы и программирования. Следует учесть, что все необходимые провода есть, они только нестандартно расположены.

В качестве подготовки к работе следует выставить Fuse биты. Они зависят от нотации, в которой производится работа. Для лучшего понимания представляем вот такую таблицу:

А как понять, какую выбрать? Ответ на вопрос прост: следует подключиться к микроконтроллеру и начать читать эти самые биты. Обратите внимание на SPIEN - если есть галочка напротив него, то это значит, что нотация инверсная. Если её нет - значит, она прямая. Если всё было сделано правильно, то программатор готов, чтобы прошивать микроконтроллеры. Но если он в последующем не сможет сделать прошивку - перечитайте и проверьте всё ещё раз.

Работа с программатором

Для большей понятливости будет приведён пример программирования мигания светодиодов. Первоначально следует запустить студию и создать новый проект. Затем выбрать язык программирования (в данном случае ассемблер) и задать имя проекта. Программа сама сможет определить, что вы используете JTAG-программатор. В качестве платформы следует выбрать его, а в окошечке рядом - программируемый им микроконтроллер. Далее всё довольно обычно - следует только вбить текст для программы. Чтобы читатели могли проверить работоспособность, предлагаем опробовать JTAG-программатор указанным в статье кодом. Можно увидеть, что диоды начали мигать очень быстро, что неудивительно, ведь здесь не предусмотрена задержка. Итак, программатор, инструкция его создания и использования есть. Вам остаётся только воплотить полёт своей фантазии.

Немного о практике. Для проверки подключите к порту А 3 светодиода. Затем к плате подключается: четыре провода интерфейса (TCK, TDI, TMS, TDO) и 2 силовых Vcc идут на плюс, а GND подключается к земле. Всё, питание есть, можно идти дальше. В студии необходимо провести компиляцию кода и его запуск. Проект быстро скомпилируется, тут же будет прошит и начнёт работать. Чтобы следить за процессом исполнения, можно нажать F11, и тогда можно наблюдать, на каком ряду кода сейчас программа. Для этого достаточно поднести курсор к ряду, который включает светодиод, и он загорится. Существует ещё много экспериментов. Помните, что для того чтобы что-то сделать, необходимо работать. Пускай продвижение будет медленным, но со временем вы сможете получить именно то, что хотите, главное - не опускать руки и продолжать экспериментирование с упором на теоретическую базу (без неё никак).

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.

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:

Любой более-менее интересующийся электроникой человек сегодня знает, что такое «прошивка». Многие из этой категории встречались с ситуацией «прошивка слетела». Самым неприятным подвидом ситуации является состояние «кирпич». Под катом немного теории и практики «раскирпичивания» с использованием устройства-героя обзора.

Я не занимаюсь профессионально ремонтом электроники и не пытаюсь заработать на этом денег. Но исследовательский зуд вкупе с минимальными познаниями в области электроники и информатики иногда толкает меня на залезание в потроха какому-нибудь очередному дивайсу (и как следствие, незапланированные покупки).

Предыстория.

Как-то в гостях у знакомого я наткнулся взглядом на валяющийся в куче хлама спутниковый тюнер, еще вполне себе современный.

Выяснилось, что аппарат неисправен со следующими симптомами: когда-то грузился со второго раза, потом стал грузиться с третьего, потом с пятого, потом с десятого, потом перестал совсем. В сервисе за ремонт заломили неадекватную сумму, в результате просто был куплен новый тюнер, а этот брошен в кучу хлама. На предложение купить его за символическую сумму владелец с радостью согласился, в результате я стал обладателем неисправного тюнера Skyway Light с практически полным комплектом - нашелся пульт, блок питания и даже выносной ИК-приемник.

Первое включение.

Как ни странно, но включился он у меня не с двадцатого раза, а всего лишь с третьего. Отсканировал каналы и начал показывать. Но при попытке запустить приложение Youtube повис. Десять следующих перезагрузок методом перетыкания питания ни к чему не привели. Прошлый владелец не обманул.

Подозрение первое. Питание.

В интернете полно отчетов по оживлению тюнеров методом восстановления питающих напряжений. Обычно хватает замены вспухших электролитических конденсаторов в «холодной» части блока питания. Но это явно обещало быть не моим случаем. Во-первых, блок питания выносной, замена его на однотипный от исправного тюнера не помогла. Во-вторых, никаких крупных электролитических конденсаторов на плате не нашлось, в основном мелкие сигнальные в аналоговых цепях.

Подозрение второе. Прошивка.

Обновить прошивку не удалось ни с флэш-драйва методом зажатой кнопки «вниз», ни через COM-порт с помощью программы Porter Express. В первом случае индикатор чтения на флэшке мигал несколько секунд, после чего наступала тишина. Во втором программы выдавала сообщение «ошибка записи» без какого-либо объяснения, что ее не устраивает. Так я подобрался к третьему подозрению.

Подозрение третье. Чип флэш-памяти.

Натолкнули на эту мысль сразу несколько фактов. Во-первых, в консоли загрузки, которая стала доступна после подключения по COM-порту, при старте вываливалось сообщение «CRC error». Во-вторых, при попытке снять конфигурацию тюнера при помощи Porter Express слитый файл получался каждый раз другим, не совпадающим в предыдущим при побайтовом сравнении.

Беглое изучение Aliexpress показало, что такую микросхему можно купить за небольшие деньги. Но вот тут обнаружилась главная проблема: просто купить флэшку мало. Ее нужно прошить. Либо на программаторе, либо прямо на плате. В моем случае это чип Spansion S29GL256P90TFCR2 - параллельная флэш-память в корпусе TSOP-56. Поиск такого программатора ни среди друзей-электронщиков, ни в веб-магазинах по адекватной цене не увенчались успехом. Остается единственный вариант - прошить флэшку прямо на плате после запаивания. И тут впервые мысленно была произнесена фраза, которая обычно на форумах электроники звучит как приговор: «поможет только JTAG».

Немного про JTAG.

Практически в каждой современной системе-на-чипе есть возможность отладки и тестирования. Чаще всего она реализована в виде последовательного интерфейса с сигналами ввода, вывода, тактирования, выбора и сброса, который и называют JTAG. Обычно эти выводы разведены на плате в виде пинов или контактных площадок. Проблема в том, что стандартизирован только электрический интерфейс. Команды для управления конкретным чипом индивидуальны, мало того, большинство производителей их не разглашают и выяснять их приходится методом реверсивного инжиниринга. Именно поэтому в паблике практически нет инструментов для работы с современными популярными чипсетами.

Заказ адаптера.

Гугление коммерческих продуктов, которые умеют работать с моим чипсетом ST40, привело меня на ресурс ejtag.ru, где обитает комьюнити по ремонту и находится небольшой интернет-магазин. Присмотрев для себя самый дешевый адаптер и убедившись, что он умеет работать с ST40, начал переговоры с жабой приступил к процессу покупки. Процесс отличается от того, к чему мы привыкли в популярных интернет-магазинах. Никаких пэйпэлов и диспутов. Регистрируемся, кладем товар в корзину, оформляем заказ. Через некоторое время приходит сообщение с номером WM-кошелька и суммой для оплаты. Оплачиваем, приходит подтверждение оплаты, через несколько дней - уведомление об отправке. Остается только ждать. Гарантия сделки - доброе имя продавца.

Получение, распаковка, регистрация.

Пластиковый пакет почты России, внутри обернутый пупыркой и положенный в антистатический пакет адаптер, кабель USB A male - Mini USB, шлейф с десятипиновой колодкой (будет виден на других фото, на момент съемки был подцеплен к тюнеру), переходник для прошивки последовательных флэшек самых популярных серий - 25-й, 93-й и в теории 24-й.

Для оценки размеров

Фото внутренностей

Внутри микроконтроллер с системой команд 8051 и микросхема буферов.

На скриншоте виден весь процесс покупки, включая запрос регистрационного кода после получения:

Заказ новой флэшки на Aliexpress.

Развернуто описывать не буду. Заказывал , шло почти два месяца, пришло в пластиковом блистере, который лежал в стандартном пакете.

Заказывал 2 штуки, на случай если одну убью при перепайке.

Перепайка флэшки.

Пайка мелких чипов многократно описана на Youtube. Залогом успеха здесь являются наличие паяльной станции с феном, хороший флюс, прямые руки. Вкратце: сдуваем старый чип, лудим площадки легкоплавким припоем, наносим флюс, дуем феном (с правильным потоком и температурой воздуха) до посадки чипа на место, проходим сверху обычным паяльником для надежности.

На фото видно, что получилось не очень. Ножки чуть сдвинулись, да и от вида неотмытого флюса некоторые ремонтники могут прижать руку к лицу. Но для личного пользования сойдет.

Прошивка.

Распиновка JTAG для моего тюнера есть на форуме магазина. Подпаиваемся к контактным площадкам на плате.

Все готово к прошивке.

Запускаем программу.

Выбираем тип процессора в списке. Нажимаем кнопку «Соединиться».

В списке пробегает куча служебной информации, кнопки «Считать» и «Записать» и «Стереть» становятся активными. Обычно рекомендуют прошить только загрузчик, а потом уже через него прошиться обычным образом с USB-флэшки. Но я залил полный дамп, 32 мегабайта - лень было возиться с распаковкой отдельного загрузчика. Прошивка заняла около получаса, результат на фото:

Резюме.