极低成本单片机在线仿真开发平台说明.doc

　　　　 极低成本单片机在线仿真开发平台 技术说明 1.1　什么是在线仿真？ 简单地讲，在线仿真功能（In-Circuit Debugging）是在单片机在实际的电路中工作时，可实时查看及修改其内部的各个寄存器值、程序中定义的各个变量、数据结构等的值，并可以控制程序以单步、断点、全速、暂停等多种模式运行。对于单片机的初学者来说，在线仿真功能可以有效降低单片机的学习难度；对于资深开发者来说，在线仿真功能可以极大提高开发调试的效率，但是现在的单片机开发平台普遍存在价格低廉的无在线仿真功能，有在线仿真功能的又成本过高的问题。 1.2　在线仿真功能的实现 本发明利用飞思卡尔MC68HC908系列单片机实现在线仿真功能。深入研究了MC68HC908系列芯片内Bootloader(引导程序)的原理，通过编写芯片内的Bootloader，在系统复位时以合适的方式将芯片引导入到用户监控模式，调用芯片内MON08监控指令实现单片机的在线仿真功能。这需要在芯片FLASH的系统保护区域增加一段BootLoader的代码,在系统复位时启动，然后根据引脚上的电平、信号条件将引导入芯片内MON08的监控指令。 这里的Bootloader代码允许不使用施加在某上引脚上的任何特殊的编程电平(一般是9V)以及任何附加的仿真器等硬件就能使单片机进入MON08监控模式中去。这样就可以开发出一个硬件成本极低的且只需一条串口线就能进行在线仿真的单片机开发系统，如图1-1所示系统硬件构成: 图1-1 单片机在线仿真系统硬件构成 1.3 Bootloader核心代码流程图 由于片内保护的系统ROM空间的限制，跟其它单片机上的ROM监控程序类似，在这个Bootloader里也有一个伪向量机制，以便使中断向量跳转到非保护的用户ROM空间中去。在片内ROM的FFBE地址，有一个保护字节，用以对系统ROM空间进行保护，当此值为FE时，此区域是不可擦写的，这样非授权用户将无法改写Bootloader的内容。我们用图1-2所示的图来显示Bootloader的核心代码: 图1-2 Bootloader核心代码流程图 　　　当系统上电复位后，Bootloader(以下简称BL)被引导至RAM中执行。 BL首先将端口、寄存器和中断向量进行初始化。 因为本系统为了降低平台成本，使用单片机内部的RC振荡器，所以接下来BL将会把单片机工作频率值写入到其内部Trim寄存器中，使单片机的振荡频率保持在3.2MHz。 待振荡频率稳定后，BL读取ROM中$FF的一个字节的值。在MC68HC908未经过编程时$FF值为0，所以接下来BL要判断此字节值，如果为0说明是空片，BL将会自动进入监控程序入口准备进行程序的下载和烧写；如果$FF?值为1，表明此芯片非空，进入下一步的工作模式选择。 工作模式的选择是根据PTA2口上的电平状态决定的，PTA2上为低电平时，BL将引导进入监控程序的入口，如果为高电平将引导进入用户模式。这里在MC68HC908单片机的PTA2上设计了一个模式选择按键，此按键按下时为低电平。当上电复位时，按下此按键时，PTA2口为低电平，BL此时将会引导进入监控程序入口，电路原理如图1-3所示: 　图1-3 单片机工作模式选择键 进入监控程序入口后，接着判断LVI、PWRD、COPD位状态，如果其值合法则载入用户预定义的CONFIG1寄存器的配置参数，否则强制写入默认的设置。 CCONFIG1是控制单片机低电压、停止、看门狗等工作模式的寄存器。 设置完CONFIG1寄存器后，接着通过串口向上位机发送安全字符串验证请求以确认上位机读定权限，接着上位机将会循环发送8个字节的安全字符给BL进行验证，BL在验证通过后即最终进入到用户监控模式。如果安全字符串没有验证通过，BL将会引导单片机进行复位。在进入到用户监控后，即可进行程序的在线仿真。在线仿真可以实现上位机对单片机内部RAM、寄存器、ROM等的读写以及对程序的运行控制。 1.４　实验资源设计 １、总体架构 实验平台硬件部分主要由MC68HC908QY4芯片及外围电路、8段式数码管显示、LCD1602显示、8位发光LED显示、4x4矩阵键盘、AD转换接口及PWM脉宽调制模块等功能电路组成，通过CodeWarrior完成芯片程序的写入、运行、断点调试、脱机仿真等功能。本实验板的突出优点是可以根据需要进行单片机工作模式选择，即用户模式或用户监控模式。在用户模式下，单片机进入正常运行状态；在监控模式下，与CodeWarrior配合可实现程序的单步运行、断点