用下載電纜實(shí)現(xiàn)AT89S5X的ISP編程
摘要:下載電纜被廣泛應(yīng)用于電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試過(guò)程中。本文介紹它的基本原理和編程控制方法;針對(duì)目前單片機(jī)的ISP串行編程模式列舉實(shí)例,簡(jiǎn)要介紹AT89S5X的串行編程的方法和部分協(xié)議,使用VC編程,應(yīng)用下載電纜實(shí)現(xiàn)對(duì)AT89S5X系列單片機(jī)的ISP編程;文末提出統(tǒng)一下載電纜硬件或軟件的設(shè)想,并提供可以下載支持多種單片機(jī)ISP編程軟件的網(wǎng)址。
關(guān)鍵詞:下載電纜 串行編程 AT89S5X ISP
引言
隨著電子技術(shù)的日益發(fā)展,芯片的規(guī)模越來(lái)越大,封裝日趨小型化,相應(yīng)的對(duì)系統(tǒng)板級(jí)調(diào)試?yán)щy也在加大。IEEE制定了標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試端口與邊界掃描的標(biāo)準(zhǔn)IEEE std 1149.1,這就是JTAG接口協(xié)議。JTAG接口通過(guò)TCK、TDI、TDO、TMS四根信號(hào)線,以串行模式為系統(tǒng)提供了對(duì)復(fù)雜芯片的各引腳連通性測(cè)試,進(jìn)步還能實(shí)現(xiàn)對(duì)可編程芯片的配置與處理器芯片的調(diào)試等等。下載電纜就是一種使用計(jì)算機(jī)的并行端口通過(guò)軟件的仿零點(diǎn)實(shí)現(xiàn)JTAG接口協(xié)議,訪問(wèn)可編程芯片的廉價(jià)工具。本文使用的下載電纜是Altera公司為其可編程邏輯器件開(kāi)發(fā)的ByteBlasterMV電纜。ISP(在系統(tǒng)可編程的簡(jiǎn)稱(chēng))是最先由Lattice公司提出的一種技術(shù),是通過(guò)同步串行方式實(shí)現(xiàn)對(duì)其可編程邏輯器件的重配置。ISP與JTAG的接口協(xié)議很相像,只是后者形成了標(biāo)準(zhǔn)。ISP現(xiàn)在已經(jīng)成為一種概念,它的提出改變了傳統(tǒng)硬件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的流程,大大方便了開(kāi)發(fā)者,加快了開(kāi)發(fā)速度?,F(xiàn)在大多數(shù)的可編程器件(FPGA、CPLD、DSP、MCU……)都支持ISP特性。單片機(jī)也不例外,Atmel公司推出的AT89S系列51單片機(jī)也符合ISP特性。
1 下載電纜的硬件
要實(shí)現(xiàn)JTAG接口協(xié)議可以使用專(zhuān)用的IC,如74LVT8980、74LVT8990,它與MCU配合可以提供高速的JTAG串行訪問(wèn),成本較高。下載電纜則是實(shí)現(xiàn)JTAG接口協(xié)議的廉價(jià)方案。它僅命名用74HC244做線路驅(qū)動(dòng),由計(jì)算機(jī)的并行端口引出I/O作為T(mén)CK、TDI、TDO、TMS等信號(hào)線。由于并口在SPP模式下共有3個(gè)端口——數(shù)據(jù)輸出端口、控制輸出端口、狀態(tài)輸入端口,各種下載電纜究竟從那個(gè)端口引出JTAG信號(hào)線幾乎都不相同,圖1、圖2是兩種下載電纜的原理圖。
并口簡(jiǎn)介:
計(jì)算機(jī)的并行端口工作在SPP模式下,對(duì)它的控制是通過(guò)數(shù)據(jù)輸出端口、控制輸出端口、狀態(tài)輸入端口來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
并行口有25個(gè)引腳,其中包括8位數(shù)據(jù)線、5位狀態(tài)線、4位控制線。
數(shù)據(jù)端口(378H):D0~D7用于數(shù)據(jù)輸出。
狀態(tài)端口(379H):*S7(Busy)、S6(nAck)、S5(PE)、S4(Select)、S3(nError)。
控制端口(37AH):*C3(nSelin)、S2(nInit)、*C(AnutoFeed)、*C0(nStrobe)。
()(端口地址是缺省的LPT1設(shè)置;*表示此引腳有反向器)
表1為并行端口定義。對(duì)應(yīng)原理圖有:
Altera的下載電纜
TCK、TDI、TMS、TDO分別對(duì)應(yīng)D0、D6、D1、*S7;
Atmel的電纜
TCK、TDI、TMS、TDO分別對(duì)應(yīng)*C0、D0、*C3、S6。
表1 并行端口定義表
引腳號(hào) | 名 稱(chēng) | 數(shù)據(jù)位 |
1 | nStrobe | *C0 |
2 | D0 | D0 |
3 | D1 | D1 |
4 | D2 | D2 |
5 | D3 | D3 |
6 | D4 | D4 |
7 | D5 | D5 |
8 | D6 | D6 |
9 | D7 | D7 |
10 | nAck | S6 |
11 | Busy | *S7 |
12 | PE | S5 |
13 | Select | S4 |
14 | Auto Feed | *C1 |
15 | nError | S3 |
16 | nInit | C2 |
17 | nSelin | *C3 |
18~25 | GND | GND |
2 下載電纜的編程方法
用計(jì)算機(jī)控制下載電纜實(shí)現(xiàn)JTAG協(xié)議,就是對(duì)并口3個(gè)I/O端口的讀寫(xiě)操作,用0-1的變化來(lái)模擬JTAG時(shí)序。在Win98和Win2000環(huán)境下讀寫(xiě)I/O,需要驅(qū)動(dòng)程序。本文使用DriverLINX Port I/O Driver(可以從WWW.sstnet.com下載)來(lái)實(shí)現(xiàn)I/O端口訪問(wèn)。安裝DLPORTIO以后,通過(guò)調(diào)用DLPORTIO.DLL動(dòng)態(tài)連接庫(kù)中的
UCHAR DLPORT_API D1PortRead PortUchar(IN ULONG Port);{{分頁(yè)}}
VOID DLPORT_API D1PortWrite PortUchar(IN ULONG Port,IN UCHAR Value);兩個(gè)函數(shù)就可以訪問(wèn)位于378H、379H、37AH(這是缺省的LPT1設(shè)置)的3個(gè)并口I/O端口。程序段1實(shí)現(xiàn)了對(duì)Altera下載電纜的一次電平賦值:
程序段1
Altera下載電纜電平賦值函數(shù)
Void CAvrISPDlg::Setbit(){
Unsigned char value=0;
If(!m_tck)value|=0x01;
If(!m_tms)value|=0x02;
If(!m_tdi)value|=0x40;
DlPortWritePortUchar(0x378,value);
Value=DlPortReadPortUchar(0x379);
If(value & 0x80)m_tdo=0;
Else m_tdo=0;
}
通過(guò)以上程序依次改變JTAG各接口I/O的電平狀態(tài),模擬JTAG協(xié)議的時(shí)序,就可以訪問(wèn)支持JTAG標(biāo)準(zhǔn)的各種芯片。
3 ISP協(xié)議的解析與實(shí)現(xiàn)
對(duì)AT89S5X系列單片機(jī)ISP編程不使用JTAG協(xié)議,而使用SPI同步串行接口協(xié)議,如圖3所示。
針針這種8位SPI接口協(xié)議,我們使用數(shù)組來(lái)模擬時(shí)序:
時(shí)鐘信號(hào)固定為unsigned char sck[19]={0,0,1,0,1,0,1,0,1,0,10,1,0,1,0,1,0,1,0,0};
輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)由程序?qū)崿F(xiàn)情況自動(dòng)生成數(shù)組unsigned char mosi[19];
輸入的數(shù)據(jù)根據(jù)讀入的信號(hào)生成數(shù)組unsigned char miso[19];
再調(diào)用上文的Setbit()函數(shù),依次發(fā)送19位的JTAG接口I/O狀態(tài),同時(shí)讀入返回信號(hào),即完成一次對(duì)AT89S5X芯片的SPI單字節(jié)訪問(wèn)。
在單字節(jié)訪問(wèn)基礎(chǔ)上,參考Atmel公司的AT89S5X數(shù)據(jù)手冊(cè)的串行編程指令表中的指令格式,就可以實(shí)現(xiàn)ISP了。
表2為AT89S51串行編程指令表。
表2 AT89S51串行編程指令集
指 令 | 指 令 模 式 | 說(shuō) 明 | |||
第1字節(jié) | 第2字節(jié) | 第3字節(jié) | 第4字節(jié) | ||
編程使能 | 10101100 | 01010011 | XXXXXXXX | XXXXXXXX | 使能串行編程 |
芯片擦除 | 10101100 | 100XXXXX | XXXXXXXX | XXXXXXXX | 擦除程序存儲(chǔ)順 |
讀程序字節(jié) | 00100000 | XXXXA11~A8 | A7~A0 | D7~D0 | 字節(jié)模式讀程序 |
寫(xiě)程序字節(jié) | 01000000 | XXXXA11~A8 | A7~A0 | D7~D0 | 字節(jié)模式寫(xiě)程序 |
寫(xiě)保護(hù)位 | 10101100 | 111000B1B2 | XXXXXXXX | XXXXXXXX | 寫(xiě)保護(hù)位 |
讀保護(hù)位 | 00100100 | XXXXXXXX | XXXXXXXX | XXLB3~LB1XX | 讀當(dāng)前保護(hù)位 |
讀標(biāo)志字節(jié) | 00101000 | XXXA5~A1 | A0XXXXXX | 標(biāo)志數(shù)據(jù) | 讀取標(biāo)志數(shù)據(jù) |
讀程序頁(yè) | 00110000 | XXXXA11~A8 | 數(shù)據(jù)0 | 數(shù)據(jù)1…255 | 頁(yè)模式讀程序 |
寫(xiě)程序?qū)?/TD> | 01010000 | XXXXA11~A8 | 數(shù)據(jù)0 | 數(shù)據(jù)1…255 | 頁(yè)模式寫(xiě)程序 |
注:①串行編程要在RST端接高電平情況下實(shí)現(xiàn);②X表示此位關(guān)心;③A11~A0是要訪問(wèn)字節(jié)地址;④D7~D0是讀寫(xiě)的數(shù)據(jù);⑤B1、B2是保護(hù)位;⑥LB3~LB1表示3種狀態(tài)。
針對(duì)AT89S51單片機(jī),其標(biāo)志字節(jié)為:(00H)1EH、(02H)51H、(04)06H.
程序段2將得到AT89S51單片機(jī)的標(biāo)志字節(jié)。(其中SPIcomm()為SPI單字節(jié)訪問(wèn)函數(shù))。
程序段2
獲得AT89S51單片機(jī)標(biāo)志字節(jié)的程序段
CString str;
for(addr=1;addr<3;addr++){
m_comm=0x28;
SPIcomm();
m_comm=addr;
SPIcomm();
m_comm=0;
SPIcomm();
m_comm=0;
SPIcomm();
Str.Format(“0x%02X”,m_dat);
m_out+=str;
}
圖4是AT89S51進(jìn)行串行編程時(shí)的硬件原理圖。
4 小結(jié)
下載電纜為我們提供了深入芯片內(nèi)部的觸手。通過(guò)JTAG標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,我們可以用下載電纜檢查芯片焊接連通性、重新配置可編程器件、下載程序固件以及調(diào)試處理器的運(yùn)行。
小到8位單片機(jī)AT89S5X、AVR的串行編程,可編程器件MAX7000的配置;大到32位嵌入式處理器的調(diào)試,上萬(wàn)門(mén)FPGA芯片的配置都可以見(jiàn)到下載電纜的身影。例如,ARM使用下載電纜的JTAG仿真可以通過(guò)EmbeddedICE接口實(shí)現(xiàn)對(duì)ARM的開(kāi)發(fā)調(diào)試,或者使用ARM的邊界掃描特性為嵌入式系統(tǒng)板下載啟動(dòng)程序等等。
目前下載電纜的使用越來(lái)越多,各個(gè)廠商分別推出了自已的符合JTAG標(biāo)準(zhǔn)的芯片或者是使用ISP技術(shù)的新產(chǎn)品。與此同時(shí),下載電纜的種類(lèi)也非常多,大多數(shù)的區(qū)別僅在于并口信號(hào)與JTAG信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系不同。往往有時(shí)候開(kāi)發(fā)一個(gè)產(chǎn)品,要用到很多種不同的電纜。我們希望可以使用一種標(biāo)準(zhǔn)的下載電纜來(lái)實(shí)現(xiàn)所有JTAG應(yīng)用;或者是通過(guò)一個(gè)計(jì)算機(jī)程序可以通過(guò)配置文件來(lái)使用各種下載電纜。在我們的BLMVISP軟件中,就支持了現(xiàn)有的兩種電纜。
使用ISP技術(shù)可以大大加快硬件開(kāi)發(fā)速度。下載電纜與計(jì)算機(jī)軟件的配合使用也可以降低開(kāi)發(fā)成本,非常適合個(gè)人愛(ài)好者與初學(xué)者使用。
有興趣的讀者可以下載BLMVISP演示版的VC源程序壓縮包(demo_blmvisp.zip),以便參考;也可以訪問(wèn):http://51kaifa.nease.net或者email:blmv@eyou.com。
評(píng)論