ついにUltraScale+対応!!

MITOUJTAG BASIC 3.4の使い方
2018/10/31 特殊電子回路株式会社(C)2018 特殊電子回路株式会社

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はじめに


MITOUJTAGを使うと、FPGAのI/O端子の状態（H/L、入力出力）をパソコンの画面上でリアルタイムに観測することができます。



このとき、FPGAの中にIPコアを埋め込んだり、特別なプログラムやコンフィグデータを書き込む必要はありません。



他人が作ったFPGAや、既にあるFPGAのデザインであっても非侵襲的・非破壊的に解析することができます。



この文書では、AVNET社のUltra96ボードを例に、MITOUJTAG BASICを使った端子の可視化、操作、波形の観測、FPGA(PL)への書き込みのやり方などを解説します。

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システム要件(C)2018 特殊電子回路株式会社

3以下のものをご用意くださいMITOUJTAG BASIC CD-ROM または インストーラ実行ファイル

Windows 7以降が動作するPC

ターゲットボード

JTAGケーブル（以下のもののうち１つ）



特電製 Pocket JTAG CableXILINX製 Platform Cable USB、 Platform Cable USB IIDigilent製 JTAG HS1,HS2,HS3



Digilent製 オンボードUSB-JTAGALTERA製 USB-Blaster

これらのケーブルに対応しているので、XILINX製ボードやDigilent製ボードにUSBで接続すればすぐに使用できます(C)2018 特殊電子回路株式会社4インストール(C)2018 特殊電子回路株式会社

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MITOUJTAGのインストール
製品CD-ROMあるいは、当社Webサイトからダウンロードしたmjbasic340.exeを起動します。

MITOUJTAG BASIC 3.4以前をお使いの場合は、あらかじめアンインストールしておいてください。
※MITOUJTAG Pro、Lightとは競合しません。

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6インストールウィザード


インストールウィザードが起動するので、次へを押します。

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7使用許諾契約とラインセンスキー

使用許諾契約ダイアログでは「同意します」を選択してください。



ユーザ情報ダイアログでは、シリアル番号を入力してください。

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8インストール先の選択など

インストール先のフォルダの選択はデフォルトのままで構いません

次の画面で「インストール」を押すと、インストールが開始します(C)2018 特殊電子回路株式会社

9インストールの完了

インストールウィザードが終了したら、完了です。

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起動からデバイス認識まで(C)2018 特殊電子回路株式会社

11ターゲットボードとの接続


MITOUJTAGをインストールしたPCと、ターゲットボードをUSB-JTAGで接続します。

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MITOUJTAGの起動

デスクトップにあるアイコンをクリックして、MITOUJTAGを起動します(C)2018 特殊電子回路株式会社

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MITOUJTAGのメイン画面


MITOUJTAGが起動すると、ご利用のケーブルが認識され、そのケーブルのアイコンが表示されます。

ケーブルアイコン(C)2018 特殊電子回路株式会社

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デバイスの自動認識デバイス自動認識ボタンを押します。

自動認識ボタン(C)2018 特殊電子回路株式会社

15一般のFPGAデバイスの場合
Spartan、Artix、Kintex、その他各社のCPUなどの場合です

デバイスが自動認識されるので、最もふさわしいパッケージを選びます。

XILINX社の場合、パッケージのピン数さえ合っていれば、オートモーティブ用のXAを選んでも、低消費電力のLを選んでも構いません。

Digilent社 ARTYの場合・・・
パッケージは324ピン→XC7A35T_CSG324を選択(C)2018 特殊電子回路株式会社16パッケージを手動で選択する理由


一般にICメーカーは、同じチップ（ダイ）をパッケージングを変えることで、様々なパッケージの製品を出しています。



同じIDCODEを持ちながら異なるパッケージの製品が多数存在し、これらは電気的に識別することができません。



そのため、パッケージは人が実際のデバイスを見て決定する必要があります。
ダイ

様々なパッケージ(C)2018 特殊電子回路株式会社

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SoC（ZYNQ 7000）の場合


ZYNQ 7000の中にはFPGAの部分(PL)と、CPUの部分(PS)が入っているので、2個のJTAGデバイスが検出されるはずです。



FPGAの部分は、ご利用のパッケージに合わせたピン数のものを選んでください。

CPUの部分は何を選択しても動作には変わりありません。

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UltraScale+の場合の操作（１）

UltraScale+の場合、FPGA内部のJTAGチェーンがリセット直後にDUMMY DAPというものが接続されているので、Warningが出ます。

Warning

この状態では正しくないので、もう一度、自動認識ボタンを押してください。

UltraScale+でデバイスが1個という状態は、間違いです(C)2018 特殊電子回路株式会社

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UltraScale+の場合の操作（２）

UltraScale+の場合、「2個のJTAGデバイスが発見されました」と表示されれば成功です。



Ultra96ボードの場合、1つ目のデバイスはSBVA484(下から3個目)を選択し、２個目のデバイスはZYNQULTRASCALE_ARM_DAPを選択します。

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20UltraScale+の場合の操作（３）

以下のように表示されれば成功です。



温度・電圧情報は、XILINX 7シリーズとUltraScaleで表示されます。

ケーブル

デバイス１
（UltraScale+のPL）
温度・電圧情報(C)2018 特殊電子回路株式会社

デバイス２（ARM DAP）
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バウンダリスキャンのやり方(C)2018 特殊電子回路株式会社

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メイン画面上での基本的な操作

キーボードでV→F・・・全てのデバイスが表示されるよう拡大縮小キーボードでV→A・・・選択したエリアを拡大

マウスホイールの上下・・・現在のカーソルの位置を中心として拡大縮小

デバイスの選択・非選択・・・デバイスのBODY（灰色の部分）をクリックすると選択されます。デバイスの外をクリックすると選択が解除されます。

選択されていない状態(C)2018 特殊電子回路株式会社

選択された状態

画面を拡大すると、
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端子の番号が表示されます

端子の可視化

デバイスが選択された状態で、ツールバーの「可視化」ボタンを押します。



バウンダリスキャンが行われ、端子の状態がピンク、水色などで着色されます。

選択された状態(C)2018 特殊電子回路株式会社

可視化ボタン

可視化された状態
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端子の色の意味
MITOUJTAGでは、デバイスの端子は以下のようなに表示されます
Hを出力

電源端子

Lを出力

GND端子

Hを入力
Lを入力

JTAG信号線
JTAG非対応

衝突が発生
衝突が発生

未検査
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操作可能なI/O

操作できない端子25

連続したバウンダリスキャン

ツールバーの「連続動作」ボタンを押すと、バウンダリスキャンが連続して行われ、端子の状態をリアルタイムに表示し続けます。



このとき、動作に合わせてチカチカと、FPGAの端子が動いて見えるはずです。



ツールバーの「停止」ボタンを押すと、バウンダリスキャンの連続動作が停止します。

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リアルタイムに表示が変わる

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その他のボタン

正常性検査・・JTAGのステータスレジスタとIDCODEレジスタを読み、チェーンが正しく接続されているかをチェックします。（電源がOFFになっていたり、ケーブルが抜けているとエラーとなります）

BYPASS・・選択されたデバイスをバウンダリスキャンを行わない安全なモードにします

端子操作・・FPGAの動作を止めて、マウスクリックで端子を操作できるようにします

可視化・・FPGAを動作させたまま、端子の状態を観察します

その他・・その他のバウンダリスキャン関連コマンドが入っています(C)2018 特殊電子回路株式会社

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端子操作(EXTEST)のやりかた

端子操作を行うには、「端子操作」というボタンを押します

端子操作には危険が伴います

端子を操作して、出力同士をぶつける危険

端子を操作して、出力と電源をぶつける危険

端子を操作して、モータや大電流ドライバに電流を流しっぱなしにする危険以下のような警告が出るので、十分に注意して次の操作に進んでください

ボタンを押したときの状態でICの動作は停止します（解除後にCPUは正常な動作をまず続行できません）(C)2018 特殊電子回路株式会社

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端子操作のやりかた


ICの動作を止めたら、操作したいピンをマウスでクリックします。

プルダウンメニューが出るので、H出力、L出力など、設定したい値を選びます。

「強制的にトグル出力」は、クリックされるたびにH→L→H→Lと切り替わります「自動トグル出力」は、クリックされた端子から自動的にHLHLのパルスを出します

カーソルの形状が変わっている間は、クリックされたピンの状態が変わります。このモードを抜けるにはESCキーを押してください。

(C)2018 特殊電子回路株式会社29ピン名の設定FPGAのI/Oには通常は名前がついていません。FPGAの端子の名前はユーザが設定するものであるからです。

MITOUJTAGでは、デバイスのボディ（灰色の部分）を右クリックし、「ピン定義ファイルの登録」を選択することで、論理合成の際に使用したピン定義ファイルを読み込むことができます。
XILINX・・・UCF、PAD、XDCなど

ALTERA・・・QSF(C)2018 特殊電子回路株式会社

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JTAGロジックアナライザの起動ピン定義ファイルを読み込んだら（CPUのピンだけならば読み込まなくてもできますが・・）、新規ウィンドウ→JTAGロジックアナライザを起動します(C)2018 特殊電子回路株式会社

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波形の計測「連続動作」ボタンを押すと、全I/Oピンの波形が取得されます

赤い線は出力信号を、緑の線は入力信号を表します。



典型的な例では、毎秒500～5000回程度スキャンすることができます(C)2018 特殊電子回路株式会社

32表示方法の変更


CTRLまたはSHIFTを押しながら信号名をクリックすると、複数の信号が選択されます

その状態で右クリックするとプルダウンが表示され、「結合」を選ぶと信号がバスとして結合されます。

結合された信号は16進や10進、アナログ値として表示することができます。

(C)2018 特殊電子回路株式会社33

アナログ値としての表示例
ADコンバータの変換結果や、アナログデータを空いているピンやバスに出力し、それをアナログ値として表示することで、簡単にアナログ波形モニタが作れます(C)2018 特殊電子回路株式会社

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JTAGロジックアナライザの応用機能


FPGA内にロジアナIPコアを入れるモード（BLOGANAモード）や、トリガ機能などがあります。



詳しくはWebサイトをご覧ください。

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FPGAへの書き込み(C)2018 特殊電子回路株式会社

36

FPGA書き込み機能について


MITOUJTAGは、ほぼすべてのXILINX製FPGA、CPLD、コンフィグROMに書き込むことができます（※ALTERA、Latticeは一部に対応）



FPGAの揮発性部分に書き込むことも、FPGAに接続されたSPI ROMに書き込むこともできます。
FPGAへの書き込みは1秒～数十秒かかりますが、電源をOFFにすると消えます

SPI ROMの書き込みは分単位の時間がかかりますが、電源をOFFにしても消えません

パーシャルリコンフィギュレーションBitStreamの書き込みにも対応しています

ZYNQのPLに書き込みを行った場合でもPS(CPU)は動作し続けます。PLに書き込まれたレジスタはクリアされるので、ソフトウェア的に設定されたレジスタの値はすべて初期化されます。

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37XILINX FPGAへの書き込み方法（１）

書き込みたいデバイスを選択し、書き換えボタンを押します。

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XILINX FPGAへの書き込み方法（２）JTAG ISPコントロールパネルが表示されるので、「書き込みデータファイル」にBitStreamファイルを指定し、「開始」ボタンを押します。

ファイルの指定
書き込み中

書き込み成功(C)2018 特殊電子回路株式会社

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FPGA書き込みの便利な機能

ISPコントロールパネルで、「データファイルが更新されるまで待機する」をチェックすると、BitStreamが更新されてから書き込みを開始します。



論理合成が終わったら自動的に書き込みを行いたいような場合に便利です。

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40

SPI ROMへの書き込み


XILINXのSpartan-3e以降のFPGAは、コンフィグROMとしてSPI ROMを使用することができます。

MITOUJTAGは、FPGAにJTAG-SPIロジックを一度書き込んで、JTAG経由でSPIROMを操作できるようにして、SPI ROMに書き込みを行います。

通常動作時

SPI ROM書き換え時(C)2018 特殊電子回路株式会社

JTAG

FPGAROM

JTAG

JTAG
-SPI
FPGA
ロジックROM
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SPI ROMへの書き込み方法（１）

ISPコントロールパネルで、「間接SPI」ボタンを押すと、JTAG-SPIのデザインがFPGAに書き込まれます（FPGAは通常動作を停止します）

間接SPI(C)2018 特殊電子回路株式会社

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SPI ROMへの書き込み方法（２）

SPI ROMコントロールと書かれたダイアログが開きます

SIG・・・SPI ROMのユニークなIDを読み出します

DUMP・・・SPI ROMの中身をダンプしますAUTO・・・書き込みとベリファイを行います

WRITE・・・書き込みを行います

VERIFY・・・ファイルの内容と照合しますERASE・・・SPI ROMを消去します

BLANK・・・SPI ROMが空かどうか調べます

READ・・・SPI ROMの内容を読み出します

CANCEL・・・書き込みなどの動作を中止します(C)2018 特殊電子回路株式会社

43SPI ROM書き込みの便利な機能


MITOUJTAGでは、BitStreamの先頭のヘッダ部分も書き込みます。



したがって、BitStreamの生成時刻や、ファイルも一緒に書き込まれていて、DUMPボタンで読めるので、SPI ROMの内容を確認することができます。

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その他の機能

MITOUJTAG BASICには、このほかにもSVFプレイヤーや、フラッシュROM書き込み機能、XADCを通じた温度・電圧測定機能、Vivado接続機能などがあります。



また、本書では紹介しきれなかった、たくさんのオプションがございます。

MITOUJTAG Proには、基板のオープン・ショート検出機能や、スクリプト機能などがあります。

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まとめ

MITOUJTAGを使いこなすことで、より素早く、簡単かつ確実に基板の実装不良や設計ミスを発見できるようになります。



ぜひとも、MITOUJTAGを活用して「ICの端子が見えない」という組み込み開発のネックを解消し、快適な開発＆デバッグを行ってください。

詳細は(C)2018 特殊電子回路株式会社

http://www.tokudenkairo.co.jp/jtag/
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