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

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

　　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。