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開発環境構築ガイド

JTAGエミュレータと統合開発環境 
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JTAGエミュレータと統合開発環境
初めてDSPデバッグシステムを構築される方へ

デバッグシステムは大きく分けて、

  • ホストPC
  • 統合開発環境
  • JTAGエミュレータ
  • ターゲットボード

からなります。

 ホストPCはWindowsが動くパソコンで、使用できるバージョンは 7/ Vista / xp / 2000 /95 / 98 / NT4 / Me などです。
これに統合開発環境をインストールしておきます。
開発用ソフトウェアは、最近は必要な機能をすべて統合しているので統合開発環境と呼ばれています。IDEとも言われます。

統合開発環境は、

  • 開発者が記述するプログラムをコンパイル、アセンブルするコード生成機能
  • そのコードをパソコンの内部で仮想的に実行してみるシミュレータ
  • 実物のターゲットボードにコードを送り込んで実行させるデバッガ

から構成されます。
機能として、カーネルデバッグでできるものや、組み込み用のOSの振る舞いまですべて監視しながらデバックできる高機能のものもあります。

 統合開発環境には

  • Code Composer Studio : テキサス・インスツルメンツ用
  • アーム RealVIEW : アームプロセッサ用
  • Visual DSP : アナログデバイセズ用
  • GNU,GCC,GDB : 多数のプロセッサ、DSPに対応

などがあります。

 JTAGエミュレータを使ってホストPCとターゲットボードを接続し、プログラムのダウンロード、実行、結果の確認ができます。
JTAGはジェイタグとよみます。JOINT TEST ACTION GROUP という委員会の略称です。
委員会の名称がまるで規格の名前と同じ扱われるという意味ではMPEGやJPEGと同じです。
この規格は接続するピン数を如何にして減らして、プリント基板への半田付けのチェックを行えるかということを考え始められました。
ピン数が少なくて、便利に装置を操作できるのが広く採用され、DSPやCPUのデバッグ用ポート、FPGAなどの書き込みにも使用されるようになりました。
ARMプロセッサ、テキサス・インスツルメンツやアナログデバイセズをはじめ、ほとんどの主要なプロセッサはJTAG経由でデバッグできるように作られています。
JTAGコネクタの実物は14ピンのヘッダーです。写真のコネクタはJTAGエミュレータの先端部を撮影したものです。

JTAGエミュレータの先端部

プロセッサを搭載したボードには、これを受けるコネクタを設けておく必要があります。プロセッサを搭載したボードのことをターゲットボードと呼ぶことがあります。
受けるコネクタ

JTAGの信号割付はプロセッサメーカーによって異なる場合があるようで、下記左はテキサス・インスツルメンツ、右はアナログデバイセズの割付です。
テキサス・インスツルメンツ アナログデバイセズ

図を見てわかる通り、出力信号はTDO一本、入力はTDI一本のみとなっています。これらの信号線の信号は、TCKで同期されつつ、送受信されます。
TCKは大抵の場合、JTAGエミュレータの内部で発振され、ターゲットボードに供給されます。大抵の場合、プロセッサ自身の動作周波数とは無関係なようになっています。
 TCKのクロック周波数が高いほうが信号の伝達にかかる時間は短くなりますから、高ければデバッガのレスポンスをはやくできます。ですが、高くしすぎると、ボード上の配線が長かったりすると波形の乱れが無視できず、正常に通信できなくなって、デバッグが全く始められない状況になりえます。
 JTAGエミュレータのTCKの周波数は10MHzから30MHzがよく用いられます。 ターゲットボードの設計者がJTAGの周辺の回路設計・パターン設計をする際は、JTAG配線は高周波回路であることを忘れないようにしなければなりません。
線路長はできるだけ短く、もし長くならざるを得ない場合には、伝送線路としてしっかりと扱い、
線路のインピーダンスマッチングに気を使い、
反射波が起きないように一筆書きにし、
線路の終端は抵抗終端を設ける
などしてください。
いくつかの文献にはバッファを設けるべきだという記述がありますがそれは本質的ではありません。対処療法程度だと認識してください。
プロセッサの破壊防止という意味では、バッファの挿入は大変有意義です。

 ターゲットボードの設計にあたって、DSPボードのJTAG配線方法を記述した日本語の文献を作成しました。無料配布しますが、お客様の状況にあった補足説明をいたしますので、メールでご相談ください。とくに、数多くのプロセッサを一つのJTAG配線中にたくさんいれたターゲットの場合は、慎重に設計してください。

JTAGエミュレータターゲットボード側の説明は以上です。

JTAGエミュレータ
ホストPCターゲットボードをつなぐものだと申し上げました。つぎにホストPC側との接続の方法を説明します。
ご存知のようにパソコンにはさまざまな接続口があります。
その種類と特徴を下表に示します。

接続口の名称 長所 短所
USB2 デスクトップ、ノートPCの両方で接続できる。
電源も供給できる。
機種による速度のばらつきが大きく、選別が難しい。
USB 通信速度が遅く、DSP開発用としては限定的。 
PCIバス デスクトップPC用拡張ボードの接続規格。 高速 ノートPCで使えない。
PCMCIA ノートPCで気軽に使用できる高速接続口 デスクトッブPCで使用するときには規格変換装置が必要
パラレル(プリンタポート) デスクトップ、ノートPCの両方で接続できる。 通信速度があまり早くない。
ノートPCで接続できないものが増えてきている。
シリアル(RS232C) 通信速度が遅すぎて実用的でない。
イーサネット 離れたところからデバッグできる。 使用できるようにするための設定が難しい。
ISAバス   規格が古くてこのスロットをもったパソコンが入手困難。 ノートPCで使えない。
IEEE1394   JTAGエミュレータが存在しない。

DSPDSPボードは、用途によっていろいろとあります。それぞれの特徴を生かして、良い製品を開発してください。

 

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