Debugger per microcontrollori della famiglia HC908. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Recentemente, il mercato russo ha molti microcontrollori a chip singolo (MC) in pacchetti DIP e SOIC con il numero di pin da 8 a 28. Tali MC sono economici, hanno un intervallo di tensione di alimentazione esteso di 2,7 ... 6 V e possono essere sincronizzato senza l'uso di un risonatore al quarzo. Sono utilizzati con successo nei progetti amatoriali. Tuttavia, gli strumenti per il debug dei dispositivi sull'MK, in grado non solo di software ma anche di simulazione hardware del funzionamento di un sistema reale, reagendo a tutti i segnali di ingresso e generando segnali di uscita, nella maggior parte dei casi sono troppo complicati e costosi per l'uso amatoriale. Per gli MC a otto bit della famiglia HC908, è possibile creare indipendentemente un debugger con tali proprietà.

Le caratteristiche principali della famiglia MC HC908, prodotta da Motorola, sono riportate in Tabella. 1.

La possibilità di implementare facilmente un debugger hardware si basa sul fatto che tutti gli MCU di questa famiglia, indipendentemente dalla configurazione interna, hanno due caratteristiche importanti. Innanzitutto, la memoria del programma integrata è realizzata utilizzando la tecnologia FLASH ed è riprogrammabile. Nel modulo FLASH ROM, oltre alle celle di memoria stesse, è presente un convertitore di tensione step-up, che consente di cancellare e programmare la ROM senza collegare un'ulteriore fonte di tensione esterna all'MK.

In secondo luogo, viene fornita una speciale modalità di debug, in cui viene attivato il programma di monitoraggio del debug memorizzato nella memoria dell'MK durante la sua fabbricazione. Contiene un driver per lo scambio di informazioni con un dispositivo esterno tramite una linea di comunicazione bidirezionale unifilare e subroutine per l'esecuzione di sei comandi ricevuti tramite questa linea, ad esempio, da un personal computer (PC). Con l'aiuto di questi comandi è possibile leggere tutte le informazioni nella memoria di MK, o scriverle lì, nonché eseguire il programma per l'esecuzione da qualsiasi indirizzo [1].

Utilizzando i comandi di debug, puoi creare un software per PC personalizzato che esegue le seguenti operazioni:

• caricare nella RAM dell'MK il programma per cancellare/programmare la FLASH ROM;
• caricamento nella memoria FLASH del programma applicativo MC (sviluppato);
• lanciare il programma applicativo per l'esecuzione da un determinato indirizzo in tempo reale, fermandosi al punto di controllo desiderato;
• trasferimento al PC dello stato dei registri e delle celle di memoria del MK dopo la sosta al checkpoint.

Tutto ciò rende possibile la creazione di un programmatore e debugger in tempo reale [2] utilizzando esclusivamente le risorse interne della famiglia di microcontrollori HC908. E' sufficiente realizzare una scheda di interfaccia con un PC e utilizzare un pacchetto software che comprende l'ambiente di sviluppo integrato WinlDE, il macro assembler CASM08, il software ICS08 e i simulatori in-circuit, il debugger in-circuit real-time DEBUG08 e il PROG08 programmatore. Questo pacchetto può essere trovato sul sito web come programma shell per il simulatore in-circuit ICS08. È distribuito gratuitamente e senza restrizioni.

La scheda di interfaccia svolge due funzioni: fornisce il trasferimento dell'MK alla modalità di debug e converte i segnali dell'interfaccia bidirezionale a filo singolo dell'MK in segnali standard della porta seriale del PC. Per mettere qualsiasi membro della famiglia HC908 in modalità di debug, procedere come segue:

• collegare gli ingressi di interrupt IRQ e resettare RST ad una sorgente di tensione maggiorata UTST = 8,5 V;
• sulle linee delle porte indicate in Tab. 2, impostare la combinazione dei segnali logici: PTx1=1, PTx2=0, PTx5=1. Sulla linea RTxZ - log. 0 se la frequenza del risonatore al quarzo è 4,9152 MHz o log. 1 se è 9,8304 MHz. Per il modello MK KX, lo stato di RTxZ è sempre log. 0, ma per RK e RF non importa. Questi MK funzionano sempre a una frequenza di clock di 9,8304 MHz. I modelli GR e GP sono impostati su PTx4 = 0, quando si utilizza un risonatore al quarzo con una frequenza di 32,768 kHz, viene inviato un registro all'ingresso IRQ. 0, e lo stato di RTxXNUMX è indifferente;
• entro poche decine di millisecondi dal momento in cui viene applicata la tensione di alimentazione di 5 V, mantenere l'ingresso di reset MK (RST) nello stato log. 0. Quindi aumentare la tensione su di esso a UTST.

Di conseguenza, MK entrerà nella modalità di debug. Successivamente, i livelli di segnale sulle linee PTx1-PTx4 possono essere modificati in qualsiasi ordine. Tuttavia, la tensione UTST all'ingresso RST deve rimanere invariata a 8,5 V. L'ingresso IRQ può cambiare durante il debug e, come risultato dell'impostazione bassa, viene generata una richiesta di interruzione. L'alta tensione logica su questo pin può essere portata fino a UTST. Sulla linea di ingresso/uscita RTx5 in fase di debug, avviene uno scambio bidirezionale di informazioni tra MK e PC ad una velocità di 9600 Baud.

Lo schema della scheda di interfaccia è mostrato in figura. Contiene solo cinque chip.

(clicca per ingrandire)

La presa XS1 è collegata alla spina della porta COM del PC. La spina XP1 viene utilizzata per connettersi al sistema microcontrollore sottoposto a debug (target). Sulla scheda di quest'ultimo deve essere previsto un connettore di accoppiamento, i cui contatti sono collegati alle uscite dell'MC secondo la tabella. 3.

Il chip DD3 converte i livelli di segnale dell'interfaccia RS-232 in livelli logici TTL e viceversa. Gli elementi buffer a tre stati DD4.1 e DD4.2 trasformano una linea MK bidirezionale (PTx5) in due linee unidirezionali (TXD e RXD), caratteristiche di RS-232. Invece dell'MC145407 indicato nello schema, è possibile utilizzare altri dispositivi funzionalmente simili come DD3, ad esempio ADM202E o ADM232L, che differiscono per il pinout.

Oltre agli stadi di conversione di livello, ciascuno di questi microcircuiti ha sorgenti di tensione integrate di +10 e -10 V. Il primo viene utilizzato per ottenere una tensione di +7 V utilizzando il divisore R10R8,5.Il carico sull'uscita del sorgente integrata è di circa 2 mA. Affinché possa resistere a tale corrente, si sconsiglia di utilizzare condensatori C4 - C7 con una capacità inferiore a quella indicata nei dati del passaporto del microcircuito utilizzato.

Il segnale DTR attraverso il buffer del chip DD3 e l'elemento DD4.3 entra nella base del transistor VT5, che controlla i tasti sui transistor VT2 e VT3. Il transistor VT2 commuta la tensione +5 V e VT3 - UTST.

Mentre sei in linea DTR log. 1, i transistor VT2 e VT3 sono chiusi, il condensatore C1 è scarico. A questo punto, è stato applicato un segnale di reset (log. 0) all'ingresso RST dell'MK. Con il passaggio di DTR allo stato del log. 0 e aprendo la chiave sul transistor VT2 inizia a caricare il condensatore C1. Quando la tensione su C1 raggiunge la soglia di funzionamento del chip DD1, alla sua uscita verrà impostato un log. 1. Ciò porterà alla transizione del segnale all'ingresso RST dell'MK allo stesso stato con un livello di tensione aumentato a 8,5 V. Di conseguenza, MK entrerà nella modalità di debug. L'elemento DD2.3 riassume logicamente i segnali di reset provenienti dal PC e dal dispositivo in debug (quest'ultimo - tramite la linea RST_IN), che assicura che l'MK venga riportato in modalità debug quando viene generato un segnale di reset interno.

La combinazione di livelli logici sulle linee PTx1-PTx4 necessaria per inserire MK in modalità debug viene creata utilizzando il microcircuito DD5. Con la chiusura della chiave sul transistor VT2, vengono attivate le uscite dei suoi elementi. Dopo aver commutato l'MC in modalità debug, le uscite passano al terzo stato, quindi è possibile utilizzare ulteriormente le linee specificate delle porte MC sulla scheda di destinazione a discrezione dello sviluppatore.

Il segnale di richiesta di interruzione IRQ_IN dal sistema bersaglio viene inviato all'ingresso dell'elemento DD2.4 e restituito attraverso l'interruttore sul transistore VT4. Questa soluzione fornisce il livello di tensione richiesto sulla linea IRQ nel momento in cui l'MC entra in modalità di debug e consente di "saltare" i segnali di richieste di interrupt esterne durante il debug senza il pericolo di danneggiarne la sorgente con l'aumento della tensione.

I jumper X1 e X2 servono per portare i livelli sulle linee PTx1-PTx4 in linea con la frequenza di clock del MK. Il ponticello X1 è impostato quando si utilizza MK HC908GR / GP con un risonatore al quarzo a una frequenza di 32,768 kHz. La posizione del ponticello X2 determina il livello del segnale sulla linea RTxZ, necessario per configurare l'MC per lavorare in modalità debug con un risonatore al quarzo alla frequenza di 9,8304 o 4,9152 MHz.

Se la frequenza di clock operativa dell'MK del sistema target è diversa da quelle specificate, è possibile applicare un segnale esterno OSC1 della frequenza desiderata per la durata del debugging. Per questo, viene utilizzato un generatore sugli elementi DD2.1 e DD2.1.

I chip DD4, DD5 MS74NS125 possono essere sostituiti da controparti nazionali KR1554LP8.

Letteratura

1. Remizevich T. Microcontrollori per applicazioni embedded. Dagli approcci generali alle famiglie HC05 e HC08 di Motorola. - M.: DODEKA, 2000.
2. Kobakhidze Sh. Microcontrollori per principianti. E non solo ... Strumenti per lo sviluppo e il debug di dispositivi su MK. - Radio, 2000, n. 4, pag. 22, 23.

Autore: D.Panfilov, T.Remizevich, A.Arkhipov

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