Freescale HCS12系列MCU的通用編程器設(shè)計(jì)

摘要：為了實(shí)現(xiàn)飛思卡爾公司HCS12系列MCU的在線編程，通過軟件架構(gòu)和可移植性的方法設(shè)計(jì)了一個(gè)通用編程器。通過早期做的很多HCS12系列MCU芯片的編程實(shí)驗(yàn)，獲得了它們的共性和差異性，通過軟件設(shè)計(jì)的方法實(shí)現(xiàn)了對HCS12微控制器的在線編程，并側(cè)重于研究編程器的通用性和高速下載特性。編程器具有通用性和使用便捷性。
關(guān)鍵詞：BDM；HCS12；編程器；通用性；Flash擦除；Flash寫入

引言
    隨著Flash技術(shù)在微處理器上的廣泛應(yīng)用，單片機(jī)在開發(fā)和應(yīng)用手段上有了革命性的變化，從傳統(tǒng)的仿真器(ICE)到目前流行的JTAG等。設(shè)計(jì)人員仍然在不斷地尋找一種移植性更高、更易操作、費(fèi)用更低的開發(fā)手段。隨著微處理器制造工藝的提高，一些高端微處理器(如CPU12／16／32、PowerPC、ColdFire等)內(nèi)部已經(jīng)包含了用于調(diào)試的微代碼，都可以通過BDM等進(jìn)行調(diào)試。由于這種方法省去了仿真器，因此避免了高頻操作、交直流電的不匹配等問題，而且隨著BDM標(biāo)準(zhǔn)的不斷規(guī)范和普及，用BDM調(diào)試模式進(jìn)行嵌入式開發(fā)已經(jīng)成為首選。
    Freescale公司HCS12系列MCU通用編程器是支持Freescale公司MC9S12系列、MC9S12X系列單片機(jī)的BDM調(diào)試工具，它可以用于對Freescale公司所有16位MCU的寫入和擦除操作。

1 編程器概述
    Freescale公司16位MCU通用編程器是用于Freescale公司16位MCU的BDM調(diào)試工具，編程器采用MC68HC908JB8為主控芯片，與目標(biāo)板以BDM方式進(jìn)行通信，與PC方則采用USB接口通信，由USB提供電源。編程器系統(tǒng)框圖如圖1所示。編程器的主要功能是實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)芯片F(xiàn)lash的擦除和寫入。

    編程器采用M68HC908JB8為主控芯片。與PC方通過USB進(jìn)行通信，與目標(biāo)板則通過BDM驅(qū)動(dòng)模塊以BDM方式進(jìn)行通信，系統(tǒng)由USB提供電源。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括：通信程序接口設(shè)計(jì)、PC方用戶程序設(shè)計(jì)、MCU方擦寫程序設(shè)計(jì)。系統(tǒng)在對目標(biāo)芯片F(xiàn)lash進(jìn)行擦除和寫入操作時(shí)，首先由PC方程序獲取用戶操作指令，然后調(diào)用相應(yīng)的MCU方擦寫程序。通過通信程序接口將需要執(zhí)行的擦除或?qū)懭氤绦驅(qū)懭肽繕?biāo)芯片的RAM區(qū)，最后在PC方程序的控制下轉(zhuǎn)向擦寫程序所在RAM區(qū)的地址執(zhí)行程序以完成對應(yīng)操作。
    編程器使用USB方式與目標(biāo)板進(jìn)行通信。PC方的用戶程序與底層MCU方程序進(jìn)行通信時(shí)，通信程序使用Freescale公司提供的相應(yīng)動(dòng)態(tài)鏈接庫來實(shí)現(xiàn)。
    BDM通信程序動(dòng)態(tài)鏈接庫主要包含的函數(shù)如表1所列。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)只需要直接在PC方用戶程序中調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫的函數(shù)即可。

3 PC方用戶程序設(shè)計(jì)
3．1 程序主流程
    PC方用戶程序界面如圖2所示，主程序流程如圖3所示。S19是編程器生成的可下載的文件格式。

    啟動(dòng)程序后首先檢測設(shè)備是否已經(jīng)連接，如果沒有連接則返回錯(cuò)誤信息，禁止以下的擦除和寫入操作。
    初始化過程結(jié)束，成功進(jìn)入BDM模式后，系統(tǒng)開始等待用戶的操作指令，根據(jù)相應(yīng)的指令作出操作。用戶在完成所需操作后按退出，關(guān)閉設(shè)備并退出主程序。
    為了實(shí)現(xiàn)編程器對HCS12系列MCU的通用性，“選擇芯片芯號”模塊的設(shè)計(jì)致關(guān)重要。要詳細(xì)分析HCS12系列MCU的特性，提取共性和相區(qū)別的信息，特別是RAM和ROM區(qū)的首尾地址信息，這些信息都需要存放到系統(tǒng)的相應(yīng)數(shù)據(jù)庫中，以供編程器系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)根據(jù)所選芯片型號進(jìn)行讀取，作為擦寫程序的起始地址數(shù)據(jù)。
3．2 擦除操作
    PC方擦除操作程序流程如圖4所示。在取得擦除命令后，程序首先載入對應(yīng)芯片的擦除程序，然后將擦除程序的S19數(shù)據(jù)寫入目標(biāo)芯片的RAM區(qū)中，最后執(zhí)行GO PC指令，轉(zhuǎn)向芯片中擦除程序所在RAM區(qū)中的地址，執(zhí)行擦除程序。

3．3 打開和分析S19操作
    執(zhí)行該操作，首先按行讀入打開的S1 9文件，并將S19數(shù)據(jù)保存到字符串?dāng)?shù)組中，每讀入一行同時(shí)驗(yàn)證該行的校驗(yàn)和，數(shù)組中一個(gè)單元就是S19一行的數(shù)據(jù)。然后對數(shù)據(jù)以頁為單位進(jìn)行重新組合，并重新保存到新的字符串?dāng)?shù)組中，釋放先前的數(shù)組空間。
3．4 寫入操作
    PC方寫入操作程序流程如圖5所示。在取得寫入命令后，程序首先取一頁數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)寫入RAM區(qū)相應(yīng)區(qū)域，接著判斷寫入程序是否已經(jīng)寫入RAM區(qū)中，若沒有則再將對應(yīng)芯片的寫入程序?qū)懭隦AM區(qū)。然后執(zhí)行GOPC指令轉(zhuǎn)向目標(biāo)芯片寫入程序所在RAM區(qū)中的地址處，開始執(zhí)行寫入。寫入程序則進(jìn)入等待寫入完成狀態(tài)，如果等待超時(shí)則中途退出；否則，若一頁寫入完成，則接著進(jìn)行下一頁的寫入操作，直到最后一頁。

4 MCU方擦寫程序設(shè)計(jì)
    MCU方的擦寫程序用于完成對目標(biāo)芯片F(xiàn)lash的擦除和寫入操作。由于在Flash的擦除和寫入過程中，F(xiàn)lash是不能讀的，故擦除和寫入Flash的程序要放在RAM中，也就是說，在Flash的擦除和寫入前，要把擦除或?qū)懭氲目蓤?zhí)行代碼復(fù)制到RAM中去，并讓程序在RAM中執(zhí)行，這一部分操作是由PC方程序完成的。
    Flash的擦除和寫入操作應(yīng)按以下步驟進(jìn)行：
    ①清除Flash狀態(tài)寄存器FSTAT中的出錯(cuò)標(biāo)志位ACCERR和PVIOL，這是由于如果過去的Flash操作中如果有過出錯(cuò)的情況，上面提到的出錯(cuò)標(biāo)志位將被鎖存。與其檢查這些標(biāo)志位是否需要清零，不如清零這兩個(gè)標(biāo)志。方法是向狀態(tài)寄存器FSTAT的這兩位寫零。
    ②寫Flash配置寄存器FCNFG的b1和b0。以MC9S12DP256為例，這兩位表示選擇256 KB的Flash中的哪一個(gè)64 KB。這里0x00表示PPAGE號為0x3F、0x3E、0x3D、0x3C這64KB，0x01表示PPAGE號為0x3B、0x3A、0x39、0x38這64 KB，0x02表示PPAGE號為0x37、0x36、0x35、0x34這64 KB，0x03表示PPAGE號為0x33、0x32、0x31、0x30這64 KB。
    ③寫PPAGE寄存器。
    ④檢查上一次Flash處理的命令是否執(zhí)行完成，能否寫入新的命令。這是通過Flash狀態(tài)寄存器FSTAT中的命令緩沖區(qū)的標(biāo)志位CBEIF是否為1，即命令緩沖區(qū)是否可以使用來實(shí)現(xiàn)的。若不能使用，則等待，直到可以使用。
    ⑤將要寫入的數(shù)據(jù)字寫到相應(yīng)的地址中，地址必須為偶數(shù)地址。對于擦除操作，則被擦除段的任意地址都可以。
    ⑥向FCMD命令寄存器寫命令字0x41表示整體擦除，0x20表示單字節(jié)寫入。
    ⑦向Flash狀態(tài)寄存器FSTAT中的命令緩沖區(qū)的標(biāo)志位CBEIF寫1清零。這時(shí)狀態(tài)寄存器中的CCIF位將置位，說明操作成功。

結(jié)語
    利用MC68HC908JB8作為主控芯片，通過USB與PC方交互通信，以BDM方式與目標(biāo)芯片進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)了一種用于Freescale HCS12系列MCU的通用編程器。系統(tǒng)選用MC68HC908JB8 MCU進(jìn)行設(shè)計(jì)，不僅是因?yàn)檫@款芯片性價(jià)比高，而且在于其USB模塊使操作更加方便和可靠，本文所提出的16位通用編程器工作可靠，成本低。讀者可以以本系統(tǒng)為藍(lán)本，設(shè)計(jì)自己的應(yīng)用于其他系列芯片的編程器，應(yīng)用到支持BDM標(biāo)準(zhǔn)的其他系列微控制器中。