嵌入式应用在线编程开发系统的研制.doc
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1、文章编号: 文献识别码:A 中图分类号:TP183嵌入式应用在线编程开发系统的研制王宜怀 (苏州大学计算机工程系,苏州 215006)摘 要: 利用新一代MCU具有的Flash存储器在线编程功能这一特点,研制集仿真、二次开发、实验评估、程序写入等功能于一体的新型嵌入式应用在线编程开发系统的时机已经成熟,本文介绍了我们以MC68HC908GP32 MCU为应用目标开发的嵌入式应用在线编程开发系统。着重阐述了其性能特点、硬件体系结构与软件系统的主要技术,文中对一些技术难点进行了分析说明。关键词: 在线编程开发系统,闪速存储器,M68HC08系列单片机A Embedded Application D
2、evelopment System Based on In-Circuit ProgrammingWANG Yihuai (Department of Computer Engineering, Soochow, Suzhou 215006)【Abstract】 Based on the features of FLASH memory in-circuit programming in Motorola new serial MCU, this paper presents a embedded application development system. The system can b
3、e used to develop the application system based on MC68HC908GP32 MCU. It has the function such as imitating, re-exploitation, experiment evaluation, writing program, etc. The paper gives the features, hardware configuration, software technology of the system.【Key Words】 In-Circuit Programming System,
4、 Flash Memory, M68HC08 serial MCU1 引言传统的嵌入式应用开发方法主要是使用仿真器模拟目标系统中MCU的运行情况,希望达到在目标系统硬件尚未定型与制版情况下,先行调试目标系统的硬件、软件设计,为目标系统的研制提供前期基础。但是,一些情况下,难以实现100%的实时仿真,有些功能在用仿真器调试时十分正常,而到了实际应用系统却不能顺利运行。同时,传统的仿真方式的一些调试功能仅适用于初学者,对于具有一定开发经验并拥有通用功能模块积累的开发者,往往增加了开发时间。目前,随着计算机制造技术的发展,许多公司新推出的MCU具有片内Flash存储器,Flash存储器具有电可擦除、
5、无需后备电源保护数据、可在线编程等特点。在线编程(In-Circuit Program)允许单片机内部运行的程序去改写Flash存储器的内容,利用这个特点,不仅可以在运行过程中修改某些运行参数,也为研制新型嵌入式应用开发工具提供了技术基础。Motorola公司目前正在陆续推出的新一代8位嵌入式单片微机M68HC08系列,其片内集成的Flash存储器具有单一电源电压供电、支持在线编程等特点,它是Flash技术比较成熟的条件下推出的,在线写入、读出稳定。2000年4月,Motorola公司向苏州大学赠送了M68HC08系列MCU的实验开发设备,我校成为第一批从事M68HC08系列单片机教学推广单位
6、,一些研究生及教师的研究开发项目也以M68HC08系列单片机为蓝本。经过两年多的探索与实践,在对该系列MCU内核结构分析的基础上,利用该系列MCU支持Flash存储器在线编程这一特点,自主研制了新型嵌入式应用系统的开发系统。该系统与传统的仿真器相比具有如下新特点:传统仿真器的“仿真系统”与实际目标系统的硬件不是一套系统,难以实现目标系统的全部功能,这主要是由于过去的目标系统的程序存储器多为EPROM、OTP或不支持在线写入的Flash存储器。新型的开发系统的硬件可以直接构成目标系统的评估硬件,所调试的软件即运行于此系统,可以实现100%在线实时仿真;与传统仿真器相比,提供的调试功能与方法更多,
7、操作更加简便,可以缩短开发进程;由于开发系统的硬件体系就是目标评估系统,不必为仿真功能配置另外硬件,极大地减少了开发过程中的硬件实验成本;全部操作在Windows界面下完成,为开发者利用Windows系统支持多任务操作提供便利,使之对源程序的编辑、修改、编译、写入(下载)、调试可以顺利切换,加快了调试进程。鉴于国内具有这种功能的新型仿真开发工具还较少,技术仍在完善之中,本文介绍我们研制的以M68HC08系列中通用型MC68HC908GP32 MCU为应用目标的嵌入式应用在线编程开发系统,对其性能特点、硬件体系结构做扼要介绍,阐述软件系统的主要技术,并对其中的一些技术难点作了说明。2 在线编程开
8、发系统的体系结构与功能特点MC68HC908GP32的Flash存储器区共32KB,为了支持在线编程,本系统编制了2KB的监控程序驻留在MCU的Flash存储区高端,考虑到用户可使用30KB,一般情况下2KB的监控程序对程序存储空间并不构成影响。系统的程序写入等功能通过驻留于内部的监控程序与PC机软件通信完成。系统组成如下: 在线开发板一块,其中MC68HC908GP32内部写入支持在线编程的监控软件2KB; PC机软件一套:标准Windows界面,支持Motorola的.S19文件格式,内含帮助文件。系统的硬件体系结构框图见图1。实际接线时,直接220伏交流电源接入模块化电源,模块化电源将2
9、20伏交流电转为5V直流电给系统供电。其串行口为9芯标准串行接口,通过三芯(发送、接收、地)与PC机的串行口相连,实现开发板与PC机的通信。图1 MCU在线编程开发系统硬件结构框图模块化电源串型口MC68HC908GP32芯片 复位按钮 IC插线及其它元件扩展槽PTCPTDPTBPTA输出开关量接线排输入开关量接线排MAX232MCU外围支撑电路区IC插线及其它元件扩展槽电源保护电路及电源指示区模拟量接线区键盘接线区LCD接线区系统主要功能有:可以作为以MC68HC908GP32 MCU为蓝本进行单片机原理与嵌入式应用教学的实验仪器(学生分组、教师演示),不仅提供了基本实验的接线端口,还提供了
10、扩展实验的接线排孔。通过该系统可以完成所有基于MC68HC908GP32单片机的接口实验。可以作为开发实际嵌入式应用系统的评估板使用,提供在线仿真功能。在该系统进行外部接线构成实际目标系统的评估系统,在此系统中进行程序调试、修改。用户板制作完毕后,经过评估系统调试过的软件可以直接用于实际用户板。 可以作为基础开发工具,提供程序写入功能,在用户程序小于30KB的条件下,系统提供的带有监控程序的芯片直接可作为用户程序芯片,只是要求用户了解监控程序的初始化状况,以便处理。系统的主要技术特点:100%的在线实时仿真。用户下载自己的程序进入芯片后,在监控程序的控制在自动转入用户程序执行。该实验开发板,通
11、过外部接插线完全可以模拟用户的实际应用系统板。所有程序均可的实验开发板上调试完成,给二次开发带来了极大方便。标准Windows界面,帮助信息丰富,提供演示实例,不论对初学者还是对有经验的开发者均提供便利。直接支持Motorola的.S19文件格式,显示所打开文件的内容,提示写入进程,自动擦除写入区并自动校验。为系统组合方便,所有I/O口引脚直接引出到插孔,供外接使用,开发板上提供了并行I/O模拟区、A/D、LCD、键盘等模拟区,可直接使用。同时还设计了IC插线及其它元件扩展槽,可以通过该扩展槽完成相关应用系统评估。不要求用户改变中断向量,用户完全可以按照标准格式书写程序,PC的管理软件自动扫描
12、用户程序,将中断向量改变送给MCU中的监控程序,MCU中的监控程序将用户中断向量放入监控区,待相应中断发生时,由监控程序转入。写入后自动转入用户程序执行,为用户调试程序带来了方便,加快了调试速度。也支持断点调试功能,此时要求用户进行相应输入或选择操作。复位后,在没有用户程序的情况下,一直处于监控联机状态,若有用户程序,5秒内处于监控联机状态,无用户联机信号,转入用户程序执行。所以,对于无另外写入器的用户,可以利用本芯片作为用户程序芯片。3 在线编程开发系统的软件设计在线编程开发系统的软件分为两个部分,一是驻留于MCU内部的监控程序,另一是PC机的操作软件。3.1 驻留于MCU内部的监控程序为了
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