S12單片機(jī)模塊應(yīng)用及程序下載調(diào)試

摘要：    本文對(duì)邀請(qǐng)賽選用的主控芯片MC9S12DG128單片機(jī)的一些外圍接口模塊作了介紹，包括功能上的描述和例程及初始化的過(guò)程，對(duì)一些參賽隊(duì)伍中遇到的Flash鎖死問(wèn)題也提供了解決的方案。
關(guān)鍵詞：     MC9S12DG128；CodeWarrior；TBDML；Flash解密

本次智能車邀請(qǐng)賽采用的MC9S12DG128(以下簡(jiǎn)稱DG128)是Freescale公司推出的S12系列單片機(jī)中的一款增強(qiáng)型16位單片機(jī)，片內(nèi)資源豐富，接口模塊包括SPI、SCI、IIC、A/D、PWM等，在汽車電子應(yīng)用領(lǐng)域具有廣泛的用途。DG128在Flash存儲(chǔ)控制及加密方面也有很強(qiáng)的功能，加解密可配合第三方軟件使用。

DG128單片機(jī)采用增強(qiáng)型16位HCS12 CPU，片內(nèi)總線時(shí)鐘最高可達(dá)25MHz；片內(nèi)資源包括8K RAM、128K Flash、2K EEPROM； SCI、SPI、PWM串行接口模塊；脈寬調(diào)制(PWM)模塊可設(shè)置成4路8位或者2路16位，邏輯時(shí)鐘選擇頻率寬。它包括兩個(gè)8路10位精度A/D轉(zhuǎn)換器，控制器局域網(wǎng)模塊(CAN)，增強(qiáng)型捕捉定時(shí)器并支持背景調(diào)試模式。DG128有112-pin和80-pin兩種封裝形式，80-pin封裝的單片機(jī)沒(méi)有引出用于擴(kuò)展的端口，只引出了一個(gè)8路A/D接口。

常用接口模塊及外部應(yīng)用

PWM模塊：PWM脈寬調(diào)制波是一種可用程序來(lái)控制波形占空比、周期、相位的波形。它在電機(jī)驅(qū)動(dòng)、D/A變換等場(chǎng)合有著廣泛的應(yīng)用。

A/D模塊：A/D(模數(shù)轉(zhuǎn)換)模塊內(nèi)部可分為三個(gè)部分：IP總線接口、轉(zhuǎn)換模式控制/寄存器列表、自定義模擬量。

Codewarrior軟件使用

大賽中采用Codewarrior 3.1 for HCS12作為推薦的程序編譯軟件。"CodeWarrior for S12" 是面向以HC12或S12為CPU的單片機(jī)嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)的軟件包。包括集成開(kāi)發(fā)環(huán)境IDE、處理器專家?guī)臁⑷酒抡妗⒖梢暬瘏?shù)顯示工具、項(xiàng)目工程管理器、C交叉編譯器、匯編器、鏈接器以及調(diào)試器。在Codewarrior軟件中可以使用匯編語(yǔ)言或C語(yǔ)言，以及兩種語(yǔ)言的混合編程。

利用監(jiān)控程序下載用戶程序

監(jiān)控程序(Monitor)的主要功能是對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)硬件及底層軟件進(jìn)行調(diào)試，也稱為Debug程序，是最基本的調(diào)試工具。MC9S12DG128的Flash有128K，RAM有8K，而監(jiān)控程序源代碼占用不到3K FLASH，占用23字節(jié)RAM。這對(duì)用戶程序的空間影響并不大。異步串行口是要用來(lái)做與PC通訊服務(wù)的，監(jiān)控程序可以用，應(yīng)用程序當(dāng)然也可以使用。

利用“BDM for S12(TBDML)”調(diào)試程序

當(dāng)用戶在監(jiān)控程序的幫助下，熟悉了S12單片機(jī)的性能和結(jié)構(gòu)，并能初步開(kāi)始軟硬件的設(shè)計(jì)后，就可以脫離監(jiān)控程序了，尤其是對(duì)于一個(gè)完整的項(xiàng)目，就更要直接對(duì)硬件進(jìn)行調(diào)試而脫離監(jiān)控程序。S12系列單片機(jī)采用BDM(Background Debug Mode，背景調(diào)試模式)調(diào)試方式。在BDM模式下主要可以實(shí)現(xiàn)3方面的功能：

?應(yīng)用程序的下載與在線更新
?單片機(jī)內(nèi)部資源的配置與修復(fù)
?應(yīng)用程序的動(dòng)態(tài)調(diào)試
【常見(jiàn)問(wèn)題之一】正確安裝了BDM for S12(TBDML)的驅(qū)動(dòng)程序和動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)后，并用BDM連接了目標(biāo)單片機(jī)后，在Hiwave.exe的“TBDML HCS12”菜單中，沒(méi)有出現(xiàn)“Flash...”項(xiàng)，無(wú)法對(duì)目標(biāo)單片機(jī)進(jìn)行調(diào)試。

解決辦法：首先，用戶應(yīng)該確保目標(biāo)板供電正常，BDM for S12(TBDML)默認(rèn)的電源工作方式是目標(biāo)板自供電；如果，還有問(wèn)題，用戶應(yīng)該打開(kāi)BDM的包裝小盒，查看跳線J4是否已經(jīng)短接，原因見(jiàn)上文。

【常見(jiàn)問(wèn)題之二】驅(qū)動(dòng)程序安裝正常，跳線也沒(méi)有問(wèn)題，目標(biāo)板也供電了，但BDM還是不工作。

解決辦法：出現(xiàn)這一問(wèn)題，最大的可能是，用戶的CodeWarrio版本不對(duì)，沒(méi)有利用CodeWarrio V4.1以上的版本進(jìn)行調(diào)試。安裝高版本的CodeWarrio即可解決問(wèn)題。

【常見(jiàn)問(wèn)題之三】BDM調(diào)試目標(biāo)板基本正常，能夠下載程序、擦除Flash、設(shè)斷點(diǎn)調(diào)試，但是，在某次使用中Flash突然被“鎖死”，之后目標(biāo)板無(wú)法繼續(xù)使用。

解決辦法：Freescale 公司的HCS12 系列單片機(jī)具有片內(nèi)Flash的加密功能，對(duì)于加密或保護(hù)后的Flash，用戶是無(wú)法通過(guò)BDM 調(diào)試工具對(duì)其Flash進(jìn)行諸如程序擦除、讀取等操作。同時(shí)，如果用戶在利用BDM 調(diào)試單片機(jī)時(shí)操作不當(dāng)，同樣會(huì)使單片機(jī)出現(xiàn)Flash無(wú)法讀取、擦除和下載等問(wèn)題。我們的監(jiān)控程序在$F000 到$$FFFF，這一段加了保護(hù)，但并沒(méi)有加密。即使對(duì)加了密的S12，也可以使用我們生產(chǎn)的串行接口地BDM 工具方便的解鎖和擦除。在2005 年第4 期《電子產(chǎn)品世界》雜志中，我中心曾經(jīng)撰文講述了HCS12 單片機(jī)Flash 保護(hù)和加解密的原理和注意事項(xiàng)。在決定擦除保護(hù)了的程序時(shí)，請(qǐng)想好在出現(xiàn)單片機(jī)被鎖定的情況下有沒(méi)有能力解鎖。對(duì)于Flash沒(méi)有進(jìn)入“保護(hù)模式”的單片機(jī)，如果利用BDM for S12 (TBDML)調(diào)試單片機(jī)，當(dāng)用戶點(diǎn)擊“TBDML HCS12”菜單下的“Flash...”命令時(shí)，會(huì)出現(xiàn)如圖12所示的正常情況。從圖中可以看出，當(dāng)前目標(biāo)板的單片機(jī)的FLASH_C000存儲(chǔ)區(qū)域已下載有程序，狀態(tài)為“Programmed”；其余模塊為空，狀態(tài)為“Blank”。因此，可以繼續(xù)對(duì)該單片機(jī)的Flash進(jìn)行讀取、擦除Erase和下載Load等操作。但是，在出現(xiàn)上述Flash加密問(wèn)題后，HCS12系列單片機(jī)就進(jìn)入了“Flash保護(hù)模式”，即Secure Mode。這時(shí)，如果利用BDM for S12(TBDML)調(diào)試單片機(jī)，當(dāng)用戶點(diǎn)擊“TBDML HCS12”菜單下的“Flash...”命令時(shí)，部分FLASH區(qū)域的狀態(tài)就會(huì)顯示為“Skipped”。此時(shí)，用戶便無(wú)法再對(duì)FLASH進(jìn)行正常操作。因此，需要解除Flash的“保護(hù)模式”，執(zhí)行Unsecure的操作。BDM for S12(TBDML)提供了Unsecure的功能，具體的操作過(guò)程較為復(fù)雜，請(qǐng)參閱用戶手冊(cè)。

結(jié)語(yǔ)

上面提到的問(wèn)題是在應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的比較普遍的問(wèn)題。在設(shè)計(jì)之前最好能完整地閱讀幫助文檔以及芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)，了解各個(gè)工作狀態(tài)，很多可能出現(xiàn)的問(wèn)題其實(shí)在數(shù)據(jù)手冊(cè)里已有明確的說(shuō)明。這樣做在程序設(shè)計(jì)的前期可能會(huì)影響一些進(jìn)度，但到后期調(diào)試階段會(huì)帶來(lái)極大的方便。至于工具使用上的問(wèn)題，F(xiàn)reescale單片機(jī)/DSP應(yīng)用開(kāi)發(fā)研究中心會(huì)及時(shí)在大賽的官方網(wǎng)站上做出相應(yīng)的說(shuō)明，請(qǐng)大家留意。(本文做了部分刪節(jié)，完整網(wǎng)絡(luò)版閱讀地址：http://m.butianyuan.cn/news/show.aspx?ClassID=124&articleID=13846)

參考文獻(xiàn)：
1、 邵貝貝，‘單片機(jī)嵌入式應(yīng)用的在線開(kāi)發(fā)方法’，清華大學(xué)出版社，2004
2、 ‘MC9S12DT128，Device User Guide’，F(xiàn)reescale semiconductor，2005.10