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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik AVR JTAG Protokoll


Autor: Andreas Auer (aauer1) Benutzerseite
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Hallo

Ich hätte hier mal eine Frage zum JTAG Protokoll, das bei den AVR 
Mikrocontrollern verwendet wird. Die Spezifikation wann welche Signale 
kommen müssen, sind in den Atmel Datenblättern ja zumindest qualitativ 
beschrieben. Aber welchen Wert ich jetzt z.B. in das IR Register clocken 
mussen, damit ich spezielle interne Register lesen kann, ist nicht 
beschrieben.

Ich nehm mal an, dass Atmel die Spezifikation nicht wirklich rausgeben 
will, da ich bei Google und Co nichts gefunden habe. Deshalb wollt ich 
mal fragen, ob jemand vielleicht die Spezifikation hat bzw. ob sich 
jemand schonmal etwas genauer damit beschäftigt hat.

Der Grund, warum ich diese Informationen brauche, ist, weil ich ein 
Projekt an der Uni mache, bei dem wir einen JTAG ICE MK II kompatiblen 
Debugger machen sollen (jedoch mit einem Cypress Controller). Die 
Möglichkeit die Controller Software des AVR Studios zu verwenden besteht 
also nicht.

Vielleicht hat jemand ja ein paar Informationen.

mfg
Andreas

Autor: Andreas Auer (aauer1) Benutzerseite
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Kurz noch was dazu... ahm.. gibt es vielleicht einen parallelen JTAG 
Adapter, bei dem die Signale (TMS, TCK,...) direkt durch eine Debug 
Software erzeugt wird??
Wenn die Software auch noch Open-Source wäre, dann wäre das auch 
perfekt! Vielleicht weiß jemand was.

mfg
Andreas

Autor: Stefan (Gast)
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Soweit mir bekannt, gibt es keinen AVR JTAG Debugger ohne 
Atmel-spezifische JTAG Firmware im Adapter. Eine grobe Übersicht über 
Debugger-Hardware findest du bei 
http://www.mikrocontroller.net/articles/JTAG#AVR_JTAG


Autor: Andreas Auer (aauer1) Benutzerseite
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Ohje... das hab ich fast befürchtet... dann muss ich also doch mit 
Messen und Reverse Engineering anfangen.

Autor: Stefan (Gast)
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Warum? Mir erschliesst sich der Hintergrund der Aufgabenstellung nicht.

Dein Adapter wird dadurch extrem uninteressant. Sobald Atmel einen neuen 
Prozessor rausbringt, müssen die Adapter eh neu angepasst werden. Bei 
Atmel passiert das durch den Upload der offiziellen Firmware. Bei deinem 
Adapter mit eigenem µC und eigener Firmware (bzw. Software im PC statt 
Firmware) ist ein neues Reversing und ggf. eine Anpassung beim 
"Hersteller" erforderlich. Das zieht keine Kunden an ;-)

Bist du sicher, dass dein Prof. einen Cypress Controller für alle 
Aufgaben des Adapters einsetzen will? Oder soll ggf. der Cypress 
Controller nur für die USB (oder Ethernet?) Kommunikation mit dem PC 
eingesetzt werden und ein Atmel Controller für die JTAG Kommunikation 
mit dem Host?

So ein Mixsystem auf Basis eines Atmega32 und eines USBN9604 (Universal 
Serial Bus Full Speed Node Controller with Enhanced DMA Support von 
National Semiconductor) hat ja Benedikt Sauter aufgebaut
http://www.embedded-projects.net/index.php?page_id=135

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Andreas Auer wrote:

> Der Grund, warum ich diese Informationen brauche, ist, weil ich ein
> Projekt an der Uni mache, bei dem wir einen JTAG ICE MK II kompatiblen
> Debugger machen sollen (jedoch mit einem Cypress Controller).
...
> ... dann muss ich also doch mit
> Messen und Reverse Engineering anfangen.


Ist Deine Uni vielleicht in China ?

Ansonsten würde ich davon abraten, kriminelle Sachen an ner Uni zu 
machen.


Peter


Autor: Andreas Auer (aauer1) Benutzerseite
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Erstmal danke für die Antworten. Das mit dem Update des Adapters über 
das AVR Studio hab ich schon mitbekommen. Keine Angst... Und ob der 
Adapter interessant wird oder nicht, sei mal eher dahingestellt.
Ich hab jetzt nicht vor aus dem Projekt ein finaziell gewinnbringendes 
Produkt hervorzubringen. In erster Linie geht es hier auch mal um die 
Realisierbarkeit. D.h. ich bin hier auch mal auf der Suche nach 
Informationen über JTAG und wie Atmel dies implementiert hat. Da ich 
Google mäßig wenig gefunden habe, dachte ich mir, ich frag hier mal nach 
(meist bekommt man ja auch konstruktive Hinweise).

Btw. der Cypress Controller wurde gewählt, weil es ein 
Experimentierboard mit diesem Controller gibt. Hardwaremäßig wäre es 
natürlich schön nur diesen Cypress Controller einsetzen zu können um 
einen JTAG Debugger zu bauen.

Aufwand und Sinnhaftigkeit dieses Projekts müssen sich nach etwas 
Recherche nochmal herausstellen. Ich will auch nicht was nachbauen (ist 
ja meinst nicht sonderlich lehrreich), sonder untersuchen, ergründen, ob 
es möglich ist sowas zu realisieren und inwiefern das Ding dann auch 
funktioniert.

@Peter:
Also momentan bin ich mir nicht wirklich einer kriminellen Handlung 
bewusst. Ich hab ja nicht vor ein JTAG Konkurenzprodukt zu Atmel zu 
bauen, das ich dann im großen Stil verkaufen will. Außerdem weiß ich 
nicht, ob ein Unterschied besteht, ob man nun einen JTAG Debugger baut 
und die Firmware von Atmel benutzt oder ob man eine selbst gestrickte 
Firmware auf einem ganz anderen Controller benutzt. Aus dieser Sicht 
würd ich sogar meinen, dass mein Unterfangen absolut keine kriminelle 
Handlung darstellt. Ich hätte jetzt auch nicht irgendwo gelesen, dass 
man das JTAG Interface nicht benutzen darf. Aber falls ich was übersehen 
habe, kannst du mich ja gerne aufklären.

Schönen Tag,
Andreas

Autor: Stefan (Gast)
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http://de.wikipedia.org/wiki/Reverse_Engineering

1/ "Die Erschließung der Regeln eines Kommunikationsprotokolls aus der 
Beobachtung der Kommunikation, z. B. mit einem Sniffer."

Ist eine Form des Reverse Engineering.

2/ "Die Analyse von Protokollen ist davon rechtlich nicht betroffen, 
weil dabei die Software selbst gar nicht Gegenstand der Untersuchung 
ist."

Wenn man sich auf das Protokoll beschränkt und ggf. nachweisen kann, 
dass alle Informationen aus dem Protokoll selbst gewonnen wurden und 
keinesfalls die Software disassembliert oder sonstwie untersucht wurde. 
Stichwort auch Clean-Room Reverse-Engineering

3/ "Benutzt man das Ergebnis des Reverse Engineerings zum gewerblichen 
Nachbau, so wird man sich mit der großen Menge der gewerblichen 
Schutzrechte (z. B. Plagiat) in ähnlicher Weise konfrontiert sehen, so 
wie es auch bei Ergebnissen der ganz normalen eigenständigen Forschung 
und Entwicklung der Fall sein kann (z. B. Patent)."

Sinnvolle Patente sind universell abgefasst. Im Beispiel würde in einem 
fiktiven Patent/Gebrauchsmuster zu einem JTAG-Adapter irgendein 
µC/FPGA/IC als Funktionsbaustein im Adapter drinstehen und keine 
Beschränkung auf explizite Atmel-µC. Damit wäre der Cypress Controller 
ebenfalls im Schutzbereich des Patents.

Fazit: Das Vorhaben muss nicht kriminell sein. Allerdings kann eine gute 
Rechtsberatung nicht schaden...

Autor: pschober (Gast)
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Da gab's mal ein Projekt namens FreeICE. Allerdings scheint das ganze 
nicht mehr weitegeführt zu werden.
siehe auch : 
http://gnu.rtin.bz/ftp.gnu.org/savannah/files/free...

Autor: Ch. Kupnick (kuc)
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Andreas Auer wrote:
> Hallo
>
> Ich hätte hier mal eine Frage zum JTAG Protokoll, das bei den AVR
> Mikrocontrollern verwendet wird. Die Spezifikation wann welche Signale
> kommen müssen, sind in den Atmel Datenblättern ja zumindest qualitativ
> beschrieben. Aber welchen Wert ich jetzt z.B. in das IR Register clocken
> mussen, damit ich spezielle interne Register lesen kann, ist nicht
> beschrieben.
>

Hallo Andreas,
JTAG ist ein IEEE Standard, daher ist die Spezifikation der Signale bzw. 
deren zeitliche Abfolge fix. Falls Du interesse hast kann ich dir eine 
detailierte Beschreibung über alle JTAG relevanten Dinge geben.

Die möglichen Instruktionen sind im Boundary Scan Descrption File (BSD) 
zusammengetragen, welches vom Hersteller zu beziehen ist, bzw. auch aus 
dem Datenblatt. Darin wird die Scan-Kette, die entsprechenden 
Zellentypen ,die verfügbaren Instruktionen uvm.  definiert.
Normalerweise ist das Instruktionsregister 4, 8 oder 16 Bit lang. Es 
gibt einige Instruktionen die immer vorhanden sind:
BYPASS (alles 0)
EXTEST (alles 1)
IDCODE (Herstellerspezifisch)
...

Um eine Instruktion zu laden mußt du in den IR-SCAN Pfad gehen und mit 
4,8 oder 16 SHIFT-IR clocks den Befehl laden. Beim Verlassen des 
UPDATE-IR States wird zwischen TDI und TDO das gewünschte Register 
freigeschalten. Z.B wird nach dem Laden der Instruktion BYPASS lediglich 
eine Zelle zwischen TDI und TDO geschaltet.

Wenn du jetzt in den SCAN-DR Pfad wechselst kannst du dieses Register 
beschreiben, um z.B den Ausgang eines Ports zu setzten, oder lesen, um. 
z.B den Eingang eines Ports zu lesen.

Details zum Laden:

# Das erste Datum das geladen werden muß ist LSB!
# Zelle 0 liegt beim TDO
# Daten an TDI werden bei der steigenden Flanke von TCK gelatched.
# Daten an TDO werden mit der fallenden Flanke von TCK gültig.
# Das erste Bit (LSB) wird bei beim zweiten Zustand SHIFT-DR/IR 
gelatched.
# Das letzte Bit (MSB) wird beim erreichen des EXIT-1-DR/IR Zustandes 
gelatched.

Hoffe das hilft ein wenig weiter.
Christian

> Ich nehm mal an, dass Atmel die Spezifikation nicht wirklich rausgeben
> will, da ich bei Google und Co nichts gefunden habe. Deshalb wollt ich
> mal fragen, ob jemand vielleicht die Spezifikation hat bzw. ob sich
> jemand schonmal etwas genauer damit beschäftigt hat.
>
> Der Grund, warum ich diese Informationen brauche, ist, weil ich ein
> Projekt an der Uni mache, bei dem wir einen JTAG ICE MK II kompatiblen
> Debugger machen sollen (jedoch mit einem Cypress Controller). Die
> Möglichkeit die Controller Software des AVR Studios zu verwenden besteht
> also nicht.
>
> Vielleicht hat jemand ja ein paar Informationen.
>
> mfg
> Andreas

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Andreas Auer wrote:

> Also momentan bin ich mir nicht wirklich einer kriminellen Handlung
> bewusst.

Das schützt nicht vor Strafe.


> Ich hab ja nicht vor ein JTAG Konkurenzprodukt zu Atmel zu
> bauen, das ich dann im großen Stil verkaufen will.

Das ist vollkommen nebensächlich.

Informationen sind auch werthaltig.

Und damit ist es Unrecht, sie sich gegen den Willen des Besitzers zu 
verschaffen.

Frag doch einfach mal bei Atmel nach, ob sie sie rausrücken oder nichts 
gegen ein Reverse Engineering haben.

Bzw. es kann auch sein, daß sie die Nutzung gestatten, wenn Du ein NDA 
unterschreibst.


Peter

Autor: Andreas Auer (aauer1) Benutzerseite
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Hallo

Ch. Kupnick wrote:

> JTAG ist ein IEEE Standard, daher ist die Spezifikation der Signale bzw.
> deren zeitliche Abfolge fix. Falls Du interesse hast kann ich dir eine
> detailierte Beschreibung über alle JTAG relevanten Dinge geben.

Zum IEEE Standard (Doku) hab ich über die Uni zugang. Ich hab das 
Datenblatt zu JTAG aber nur mal überflogen. Jedoch hab ich mitbekommen, 
wie das mit der State Machine (TAP Controller) funktionieren soll. Was 
mir aber gefehlt hat, waren die IR Werte für die Atmel Controller. Dank 
deiner Hilfe hab ich nun aber auch die BSD Files von Atmel gefunden, in 
dem zumindest schonmal die Instruktionen stehen (IR ist ein 4 Bit 
Register). Damit kann ich auf jedenfall schonmal was anfangen.

Dank dir jedenfalls schonmal.

> Hoffe das hilft ein wenig weiter.

Das hilft auf jedenfall sehr weiter!

mfg
Andreas

Autor: Andreas Auer (aauer1) Benutzerseite
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Peter Dannegger wrote:
> Andreas Auer wrote:
>> Ich hab ja nicht vor ein JTAG Konkurenzprodukt zu Atmel zu
>> bauen, das ich dann im großen Stil verkaufen will.
>
> Das ist vollkommen nebensächlich.

Laut Stefan ist das gar nicht so nebensächlich.

> Frag doch einfach mal bei Atmel nach, ob sie sie rausrücken oder nichts
> gegen ein Reverse Engineering haben.
>
> Bzw. es kann auch sein, daß sie die Nutzung gestatten, wenn Du ein NDA
> unterschreibst.

Genau das hab ich auch schon gemacht. Hab an Atmel eine Anfrage 
gestellt, ob es gestattet ist und ob sie mehr Informationen haben. Noch 
hab ich keine Antwort bekommen.
Je nach Antwort muss man dann weitersehen.

mfg
Andreas

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Andreas Auer wrote:

> Genau das hab ich auch schon gemacht. Hab an Atmel eine Anfrage
> gestellt, ob es gestattet ist und ob sie mehr Informationen haben. Noch
> hab ich keine Antwort bekommen.
> Je nach Antwort muss man dann weitersehen.


Ruf doch einfach mal bei Ineltek oder MSC an.


Peter

Autor: Andreas Auer (aauer1) Benutzerseite
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Wie gesagt hab ich an Atmel eine Anfrage gestellt, ob sie weitere Infos 
haben bzw. ob es legal ist, wenn ich sowas an der Uni als Projekt mach. 
Zurück kam nun folgendes:

> Unfortunately there are not so much information on our JTAGICE mkII
> available. Please see 
http://www.atmel.com/dyn/products/tools_card.asp?t... for the
> available information. You will also find some information in AVR Tool User
> Guide in AVR Studio Help files.
>
> Good luck with your project.

Ich denke also, dass wir das Projekt mit gutem Gewissen fortsetzen 
dürfen. Und es ist ja "nur" ein Projekt ohne gewerbliche Absichten und 
damit nach diesem Semester wieder vorbei (mit der kleinen Zugabe, dass 
ich danach einen JTAG Debugger besitze und 350 Euro gespart habe).

Ich danke nochmal allen für ihre Informationen zu JTAG selbst sowie zum 
rechtlichen Aspekt.

mfg
Andreas

Autor: Franz (Gast)
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> mit der kleinen Zugabe, dass ich danach einen JTAG Debugger besitze und 350 Euro 
gespart habe

Dann rechne dir mal aus wieviel du verdient hättest, wenn du die Zeit 
stattdessen irgendwo gearbeitet hättest ;)

Autor: Benedikt Sauter (Firma: embedded projects GmbH) (flopper)
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Hallo Andreas,

habt Ihr schon Ergebnisse? Bin auch gerade am zusammensammeln für 
Informationen, um einen komplett freien AVR JTAG Debugger zu basteln.

Werde wohl aus dem  Projekt FreeICE die Hardware gipper irgendwie als 
Basis verwenden. Dort haben sich die Jungs schon alles an Informationen 
hergeholt was man so braucht.

Also wenn das jetzt nicht gezielt eine Projektarbeit oder so von dir ist 
wuerde ich sagen wir sollten und fast gemeinsam die zentralen Funktionen 
schreiben.

(Bin auch noch Student)

Gruss Bene

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