硬件学习之通过树莓派操控 jtag

最近在搞路由器的时候，不小心把CFE给刷挂了，然后发现能通过jtag进行救砖，所以就对jtag进行了一波研究。最开始只是想救砖，并没有想深入研究的想法。变砖的路由器型号为：LinkSys wrt54g v8CPU 型号为：BCM5354Flash型号为：K8D6316UBM首先通过jtagulator得到了设备上jtag接口的顺序。正好公司有一个jlink，但是参试了一波失败，识别不了设备。随后通过Google搜到发现了一个工具叫:

tjtag-pi可以通树莓派来控制jtag，随后学习了一波树莓派的操作。我使用的是rpi3，其接口编号图如下：
或者在树莓派3中可以使用
gpio readall查看各个接口的状态：
rpi3中的Python有一个
RPi.GPIO模块，可以控制这些接口。举个例子：首先是需要进行初始化GPIO的模式，BCM模式对应的针脚排序是上面图中橙色的部门。然后可以对各个针脚进行单独设置，比如上图中，把2号针脚设置为输出，3号针脚设置为输入。使用output函数进行二进制输出使用input函数获取针脚的输入。我们可以用线把两个针脚连起来测试上面的代码。将树莓派对应针脚和路由器的连起来以后，可以运行tjtag-pi程序。但是在运行的过程中却遇到了问题，经常会卡在写flash的时候。通过调整配置，有时是可以写成功的，但是CFE并没有被救回来，备份flash的数据，发现并没有成功写入数据。因为使用轮子失败，所以我只能自己尝试研究和造轮子了。首先是针脚，我见过的设备给jtag一般是提供了5 * 2以上的引脚。其中有一般都是接地引脚，另一半只要知道4个最重要的引脚。这四个引脚一般情况下的排序是：TDI表示输入，TDO表示输出，TMS控制位，TCK时钟输入。
jtag大致架构如上图所示，其中TAP-Controller的架构如下图所示：
根据上面这两个架构，对jtag的原理进行讲解。jtag的核心是TAP-Controller，通过解析TMS数据，来决定输入和输出的关系。所以我们先来看看TAP-Controller的架构。从上面的图中我们可以发现，在任何状态下，输出5次1，都会回到
TEST LOGIC RE免费云主机域名SET状态下。所以在使用jtag前，我们先通过TMS端口，发送5次为1的数据，jtag的状态机将会进入到RESET的复原状态。当TAP进入到
SHIFT-IR的状态时，
Instruction Register将会开始接收TDI传入的数据，当输入结束后，进入到
UPDATE-IR状态时将会解析指令寄存器的值，随后决定输出什么数据。
SHIFT-DR则是控制数据寄存器，一般是在读写数据的时候需要使用。讲到这里，就出现一个问题了，TMS就一个端口，jtag如何知道TMS每次输入的值是多少呢？这个时候就需要用到TCK端口了，该端口可以称为时钟指令。当TCK从低频变到高频时，获取一比特TMS/TDI输入，TDO输出1比特。比如我们让TAP进行一次复位操作：再比如，我们需要给指令寄存器传入0b10：1.复位2.进入RUN-TEST/IDLE状态3.进入SELECT-DR-SCAN状态4.进入SELECT-IR-SCAN状态5.进入CAPTURE-IR状态6.进入SHIFT-IR状态7.输入0b10随后就是进入
EXIT-IR -> UPDATE-IR根据上面的理论我们就可以通过写一个设置IR的函数：把上面的代码理解清楚后，基本就理解了TAP的逻辑。接下来就是指令的问题了，指令寄存器的长度是多少？指令寄存器的值为多少时是有意义的？不同的CPU对于上面的答案都不一样，通过我在网上搜索的结果，每个CPU应该都有一个bsd(boundary scan description)文件。本篇文章研究的CPU型号是
BCM5354，但是我并没有在网上找到该型号CPU的bsd文件。我只能找了一个相同厂商不同型号的CPU的bsd文件进行参考。
bcm53101m.bsd在该文件中我们能看到jtag端口在cpu端口的位置：能找到指令长度的定义：能找到指令寄存器的有效值：当指令寄存器的值为
IDCODE的时候，IDCODE寄存器的输出通道开启，我们来看看IDCODE寄存器：从这里我们能看出IDCODE寄存器的固定输出为:

0b00000000000011011111001011111111那我们怎么获取TDO的输出呢？这个时候数据寄存器DR就发挥作用了。用代码形式的表示如下：因为我也是个初学者，边界扫描描述文件中的内容并不是都能看得懂，比如在边界扫描文件中并不能看出BYPASS指令是做什么的。但是在其他文档中，得知BYPASS寄存器一般是用来做测试的，在该寄存器中，输入和输出是直连，可以通过比较输入和输出的值，来判断端口是否连接正确。另外还有边界扫描寄存器一大堆数据，也没完全研究透，相关的资料少的可怜。而且也找不到对应CPU的文档。当研究到这里的时候，我只了解了jtag的基本原理，只会使用两个基本的指令(IDCODE, BYPASS)。但是对我修砖没任何帮助。没办法，我又回头来看tjtag的源码，在tjtag中定义了几个指令寄存器的OPCODE:照抄着tjtag中flash AMD的操作，可以成功对flash进行擦除，写入操作读取操作。但是却不知其原理。这里分享下我的脚本：
jtag.pyflash 文档：
https://www.dataman.com/media/datasheet/Samsung/K8D6x16UTM_K8D6x16UBM_rev16.pdf接下来将会对该flash 文档进行研究，并在之后的文章中分享我后续的研究成果。