Freescale HC908微控制器監(jiān)控程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

東北大學(xué)碩士學(xué)位論文FreescaleHC908微控制器監(jiān)控程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)姓名：陳俊申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)指導(dǎo)教師：李晶皎20051201東北大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要ＦｒｅｅｓｃａｌｅＨＣ９０８微控制器監(jiān)控程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要近年來(lái)，隨著嵌入式技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的普及，嵌入式產(chǎn)品吸引了越來(lái)越多的關(guān)湖，嵌入式產(chǎn)品的丌發(fā)離不開微控制器的調(diào)試。Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ公司大部分微控制器都提供了背景調(diào)試模：ｒ｜；＝，（ＢａｃｋｇｒｏｕｎｄＤｅｂｕｇＭｏｄｅ）或肴類似功能的片匕調(diào)試模塊，而其８位微控制器ＭＣ６８ＨＣ９０８系列提供了最簡(jiǎn)的ＲＯＭ監(jiān)控方式以及詳細(xì)的開發(fā)文檔，使得Ａ蔓丌發(fā)黼控程序成為可能。本文主要以Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ８位微控制器為目標(biāo)，深入分析了Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ公司提供的相天資料，１ｌ羊細(xì)敘述了監(jiān)控程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。最小硬件調(diào)試電路由外部晶振、電源和微控制器組成，借助微控制器內(nèi)部ＳＣＩ模塊，可與ＰＣ機(jī)通信進(jìn)行髓控調(diào)試。深入分析ＭＣ６８ＨＣ９０８文檔中關(guān)于Ｆｌａｓｈ介質(zhì)的相關(guān)操作，將Ｆｌａｓｈ操作做為接口模塊提供給｝：層調(diào)用，同時(shí)仔細(xì)研究ＭＣ６８ＨＣ９０８指令系統(tǒng)后，監(jiān)控程序中加入ｒ匯編與反匯編的功能，借助斷點(diǎn)模塊，實(shí)現(xiàn)了多種功能的調(diào)試，使得應(yīng)用Ｉ監(jiān)控程序進(jìn)行ｊ辛上程序調(diào)換更加方便。鼢控程序采用模塊化的思想，實(shí)現(xiàn)的主要功能模塊包括：擦除模塊、下載模塊、內(nèi)存和Ｆ１ａｓｈ區(qū)域的修改模塊、匯編模塊、反匯編功能模塊、斷點(diǎn)模塊、調(diào)試模塊（單步、多步凋試１、運(yùn)行狀態(tài)顯示模塊，資源狀態(tài)顯示模塊，命令幫助模塊，以及寄存器操作模塊等。本文首先簡(jiǎn)要介紹了微控制器調(diào)試的發(fā)展和當(dāng)前常見的微控制器調(diào)試方式，以及Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ８位微控制器對(duì)于調(diào)試的支持：然后進(jìn)行監(jiān)控程序的總體設(shè)討；然后以ＭＣ６８ＨＣ９０８ＡＰ６４為目標(biāo)微控制器詳細(xì)介紹了監(jiān)控程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，以及監(jiān)控程序如何移植到其他的Ｍｃ６８ＨＣ９０８微控制器上。最后本著測(cè)試和驗(yàn)汪的Ｆ１的，對(duì)Ｍｃ６８ＨＣ９０８ＡＰ６４的監(jiān)控程序作了全面的功能測(cè)試。關(guān)鍵詞：監(jiān)控程序：Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ；微控制器；Ｆｌａｓｈ北大學(xué)碩士學(xué)位論丈Ａｂｓ廿ａｃｔＤｅｓｉｇｎａｎｄＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＦｒｅｅｓｃａｌｅＨＣ９０８ＭｉｃｒＯｃｏｎｔｒｏｌＩｅｒｓ’ＭｏｎｉｔｏｒｓＡｂｓｔｒａｃｔＲｅｃｅｎｔｌｙ，ａｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｅｍｂｅｄｄｅｄｐｒｏｄｕｃｔｓａｒｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｉｎｍａｎｙｆｉｅｌｄｓ，ｅｍｂｅｄｄｅｄａｔｔｒａｃｔｉｎｇｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅａｔｔｅｎｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｅｍｂｅｄｄｅｄｐｒｏｄｕｃｔｓｉｓｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｔｉｇｈｔｌｙｗｉｔｈＭＣＵｄｅｂｕｇｇｉｎｇ．ＭｏｓｔｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏＩｌｅｒｓｏｆＦｒｅｅｓｃａｌｅＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎｐｒｏｖｉｄｅｏｎｅｄｅｂｕｇｇｉｎｇｍｏｄｅｃａｌｌｅｄｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｄｅｂｕｇｍｏｄｅ（ＢＤＭ）ｏｒｓａｍｅｏｎ?ｃｈｉｐｄｅｂｕｇｆｕｎｃｔｉｏｎｍｏｄｅ，ｉｔｓＭＣ６８ＨＣ９０８ｓｅｒｉｅｓｏｆ８－ｂｉｔＭＣＵｓｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｓｉｍｐｌｅｓｔＲＯＭ—ｍｏｎｉｔｏｒｍｏｄｅａｎｄｄｅｔａｉｌｅｄｄｏｃｕｍｅｎｔｓ，ｉｔｉｓｐｏｓｓｉｂｌｅｔｏｄｅｓｉｇｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｏｗｎｍｏｎｉｔｏｒｓ．Ｉｎｔｈｅｔｈｅｓｉｓ，ｔａｋｉｎｇＦｒｅｅｓｃａｌｅ８－ｂｉｔＭＣＵｓａｓｔａｒｇｅｔ，ｗｉｔｈｄｅｅｐａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｏｃｕｍｅｌｌｔｓｐｒｏｖｉｄｅｄｂｙＦｒｅｅｓｃａｌｅＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，ｄｅｓｉｇｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｏｎｉｔｏｒｓａｎｄｇｉｖｅｔｈｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｉｎａｇｒｅａｔｄｅｔａｉｌ，ａｎｄｈｏｗｔｏｔｒａｎｓｐｌａｎｔｔｏｏｔｈｅｒＭＣ６８ＨＣ９０８ＭＣＵｓ．ＴｈｅｌｅａｓｔｄｅｂｕｇｇｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔｉｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｃｒｙｓｔａｌｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙＣｌｒｃｕｉｔ，ｍｏｎｉｔｏｒｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｅｓｗｉｔｈＰＣｆｏｒｄｅｂｕｇｇｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｈｅｌｐｏｆＳＣＩｍｏｄｕｌｅ．ｗｉｔｈｄｅｅｐａｎａｌｙｓｉｓｏｆＦｌａｓｈｏｐｅｒａｔｉｎｇｆｒｏｍｔｈｅａｎｄｔｈａｎｋｓｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｔｏｔｏｄｏｃｕｍｅｎｔｓ，ａｎｄｃａｒｅｆｕｌｓｔｕｄｙｉｎｇｔｈｅＭＣ６８ＨＣ９０８ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｔａｂｌｅ，ａｒｅｂｒｅａｋｐｏｉｎｔｍｏｄｕｌｅ，ｍａｎｙｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｍｏｎｉｔｏｒｓｕｓｅａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｅｄ．ｉｔｉｓｍｏｎｉｔｏｒｓｔｏｄｅｂｕｇｐｒｏｇｒａｍ．ｍｏｄｕｌｅｓｏｆｍｏｎｉｔｏｒｓｉｎｃｌｕｄｅｓ：ｅｒａｓｉｎｇｄｅｂｕｇｇｉｎｇｍｏｄｕｌｅ，ｌｏａｄｉｎｇｍｏｄｕｌｅ，ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇｍｏｄｕｌｅａｎｄｄｉｓａｓｓｅｍｂｌｉｎｇｍｏｄｕｌｅ，ａｎｄｍｏｄｕｌｅ，ｓｔａｔｅｄｉｓｐｌａｙｉｎｇｍｏｄｕｌｅ，ｒｅｓｏｕｒｃｅｓｄｉｓｐｌａｙｉｎｇｍｏｄｕｌｅａｎｄｓｏｍｏｄｕｌｅ，ＲＡＭａｎｄＦｌａｓｈｍｏｄｉ聊ｎｇｏｎ．ＦｉｒｓｔｌｙｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓｂｒｉｅｆｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＭＣＵｄｅｂｕｇｇｉｎｇ，ａｎｄｄｅｂｕｇｇｉｎｇｍｅｔｈｏｄｏｆＭＣ６８ＨＣ９０８ＭＣＵｓ，ｔｈｅｎｇｉｖｅｔｈｅｍａｉｎＳｅｃｏｎｄｌｙｔａｋｉｎｇＭＣ６８Ｈｃ９０９ＡＰ６４ａｓｔａｒｇｅｔｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｅｄｏｔｈｅｒＭＣ６８ＨＣ９０８ＭＣＵｓｏｆｍｏｎｉｔｏｒｓ，ｆｕｎｃｔｉｏｎｔｅｓｔｓａｒｅａｒｅａｒｅｄｅｓｉｇｎｏｆｍｏｎｉｔｏｒｓＭＣＵ，ｄｅｔａｉｌｅｄｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｓｏｆｈｏｗｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒｓｔｏｇｉｖｅｎ．Ｔｈｉｒｄｌｙｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｓｏｆｈｏｗｔｏｔｒａｎｓｐｌａｎｔｍｏｎｉｔｏｒｓｇｉｖｅｎ．Ａｔｌａｓｔ．ｔｏｔｈｅａｉｍｏｆｔｅｓｔｉｎｇａｎｄｖｅｉｌｌｙｉｎｇｔｈｅｆｌｍｃｔｉｏｎｓｇｉｖｅｎ，Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｍｏｎｉｔｏｒｓ；Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ；ＭＣＵ；Ｆｌａｓｈ獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的。論文中取得的研究成果除加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果，也不包括本人為獲得其他學(xué)位而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中作了明確的說(shuō)明并表示謝恩。學(xué)位論文作者簽名：悖殳學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者和指導(dǎo)教師完全了解東北大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定：即學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)東北大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索、交流。（如作者和導(dǎo)師不同意網(wǎng)上交流，請(qǐng)?jiān)谙路胶灻环駝t視為同意。）學(xué)位論文作者簽名：下≮｛互一導(dǎo)師簽名綴簽字日期：０６．ｆ、二簽字日期：護(hù)ｇ．Ｉ、６東北大學(xué)碩士學(xué)位論更第一章緒論第一章緒論１．１研究背景目前嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越普及，應(yīng)用領(lǐng)域也從工業(yè)控制到｜＿＿＿１常生活的備個(gè)方面，從航空工業(yè)、汽車電子到家用電器，到處都有嵌入式微控制器的身影。嵌入式系統(tǒng)最初是為工業(yè)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)，在信息產(chǎn)品普及與數(shù)字家電興起后，嵌入式系統(tǒng)已逐漸普搜到我們Ｒ常生活中，從信息家電、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，到可攜式裝置，都看得到它的蹤跡。嵌入式系統(tǒng)的特色之一一是不需要很多外接的零配件，能在小面積組件上完成特定功能，具有穩(wěn)定性好、尺寸小等特點(diǎn)。嵌入式系統(tǒng)是與微控制器分不開的…。弱前，在嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域，８位微控制器在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用占了很大比重。８位微控制器廣泛地應(yīng)用于智能儀表、機(jī)電…一體化。實(shí)時(shí)控制、以及分布式多機(jī)系統(tǒng)中。隨著嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，嵌入式系統(tǒng)丌發(fā)面臨的問(wèn)題越來(lái)越多。目前，嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)調(diào)試至少包括設(shè)計(jì)與調(diào)試兩個(gè)階段【２】，設(shè)計(jì)過(guò)程中不可避免的遇到一些問(wèn)題，這就需要通過(guò)軟硬件調(diào)試發(fā)現(xiàn)并加以解決。微控制器的調(diào)試主要分為以下三種：（１）采用仿真器在開發(fā)階段去除應(yīng)用系統(tǒng)的ＣＰＵ，代之以一種特殊的ＣＰＵ或者邏輯電路，然后使用這個(gè)邏輯電路把運(yùn)行過(guò)程和狀態(tài)完全反映出來(lái)。此方法缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，而且對(duì)ＣＰＵ的封裝也有一＋定要求。（２）片內(nèi)硬件支持利用ＣＰＵ片內(nèi)提供的開發(fā)支持功能。現(xiàn)在Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ許多微控制器都提供了這種片內(nèi)調(diào)試功能，利用ＢＤＭ或者ＭｕｌｔｉＬｉｎｋ調(diào)試器與片內(nèi)調(diào)試模塊進(jìn)行通信，直接對(duì)程序進(jìn)行控制，可以進(jìn)行單步、多步等調(diào)試。但是硬件調(diào)試器往往價(jià)格昂貴。（３）采用監(jiān)控程序在ＣＰＵ的程序空間安排一段宿主程序。用戶設(shè)計(jì)的程序在它的管理下運(yùn)行，運(yùn)行狀態(tài)通過(guò)監(jiān)控程序滲透出來(lái)，可以很好的監(jiān)控用戶程序運(yùn)行狀態(tài)。雖然占用存儲(chǔ)空間和系統(tǒng)資源，以及對(duì)ＣＰＵ的控制能力有限，但是這種方式成本低，使用方便簡(jiǎn)單，還能夠直接進(jìn)行在線調(diào)試，呵以迅速的應(yīng)用開發(fā)，尤其列于教學(xué)實(shí)踐，能夠大規(guī)模應(yīng)用【３ｌ。目前，嵌入式開發(fā)調(diào)試中使用仿真器，或者直接從國(guó)外廠商購(gòu)買的開發(fā)板，使用ｆ｜勺硬件調(diào)試工具比如：ＪＴＡＧ、ＭＵＬＴＩＬＩＮＫ、ＢＤＭ調(diào)試器等［４】，價(jià)格非常昂貴，而目存嵌入式學(xué)習(xí)初期階段不可能購(gòu)買價(jià)格昂貴的開發(fā)板及開發(fā)套件，所以迫切需要價(jià)格便。隨，東北走學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論調(diào)試便捷，性能較好的監(jiān)控程序［５ｌ。Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ的ＭＣ６８ＨＣ９０８系列微控制器片內(nèi)提供了最簡(jiǎn)的ＲＯＭ監(jiān)控方式，加｝：片幽集成了電荷泵，可以在不需要額外硬件支持的情況Ｆ方便對(duì)Ｆｌａｓｈ進(jìn)行操作，其在線編程能力（Ｉｎ—ＣｉｒｃｕｉｔＰｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ）和Ｆｌａｓｈ分頁(yè)機(jī)制都為開發(fā)自主監(jiān)控程序提供了便利。本文針對(duì)Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ的ＭＣ６８ＨＣ９０８系列微控制器，以Ｍｃ６８ＨＣ９０８ＡＰ６４為主介紹洋細(xì)了監(jiān)控程序的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，以及介紹了監(jiān)控程序的移植和測(cè)試。１．２研究意義｝ｂ于在計(jì)算機(jī)及嵌入式領(lǐng)域我國(guó)起步較晚，研究水平也有限制，特別是在生產(chǎn)工藝方面達(dá)不到理論要求的精度，所以市場(chǎng)上流通的以及工業(yè)設(shè)計(jì)需要的芯片絕大部分從潮外廠商直接購(gòu)買，而從廠家購(gòu)買的芯片就是日常所說(shuō)的裸片。在開發(fā)調(diào)試中，把最終生成的目標(biāo)代碼下載到芯片中運(yùn)行還需要借助其他的硬件手段，代碼下載到片內(nèi)運(yùn)行后ｆｌ｛＿ｉ果用戶還需要進(jìn)一步的監(jiān)控，那么還需要借助一些調(diào)試＝工：具。Ｆｒｅｅｓｃａｔｅ８位微控制器由于單個(gè)芯片的價(jià)格比較低，而且功能與同類產(chǎn)品相比較強(qiáng)，所以ＩＦ得到廣泛的應(yīng)用。Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ公司的許多第三方供應(yīng)商都提供了在Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ的ＭＣ６８ＨＣ９０８或者ＨＣＳ０８上進(jìn)行嵌入式開發(fā)的解決方案。在眾多第三方供應(yīng)商中，比較出色的比如Ｐ＆Ｅ公司，其ＭＯＮ０８是比較好的－，ｏｅ解決方案，在ＨＣ（Ｓ）０８的監(jiān)控（ＢＤＭ）模式之Ｆ，完成了全面的調(diào)試功能，但是價(jià)格十分昂貴，參見表Ｉ，１。同時(shí)Ｐ＆Ｅ公司的軟件包含了一些基本的底層驅(qū)動(dòng)，可以供其它專門丌發(fā)嵌入式ＩＤＥ的廠家使用，比如Ｍｅｔｒｏｗｅｒｋｓ公司的ＣｏｄｅＷａｒｒｉｏｒｆｏｒＨＥ（ｓ）０８也是針對(duì)ＨＣＳ０８的ＩＤＥ環(huán)境，就是基于Ｐ＆Ｅ公司的底層驅(qū)動(dòng)。但是ＣｏｄｅＷａｒｒｉｏｒ的價(jià)格也相當(dāng)昂貴１６１。表１．１Ｐ＆Ｅ公司的ＭＣ６８ＨＣ９０８開發(fā)工具價(jià)格表Ｔａｂｌｅ１１ＴｈｅｐｒｉｃｅｏｆＭＣ６８ＨＣ９０８ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｔｏｏｌｓｆｒｏｍＰ＆Ｅｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ產(chǎn)品韶稱功能描述價(jià)格備注面蕊＿１蔥禳蓊菰于麗蕊百麗焉瑟焉孺囂Ｆ—ＣＰＲＯＧ０８ＳＺ基丁－命令行的代碼下戴軟件，崩于向６８ＨＣ９０８系列微控制器的ＥＥＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、Ｆｌａｓｈ等等存儲(chǔ)器里面。Ｆ戴代碼硬件調(diào)試接口．也可作為獨(dú)立的編程器使用。適用于ＨＣ９０８、ＨＣＳ０８、ＨＣｌ２以及ＨＣＳｌ２系列的徽控制器。適用于ＵＳＢ、串口以及以太網(wǎng)口等連接方式￥１２９答箍南現(xiàn)，與各種調(diào)試接期配軟硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn)，軟｛ｆ｛一主要負(fù)洲。霽纛黠氅躺囂婁黎時(shí)序的控制信號(hào)ＭＯＮ０８簍＿ｃ齜淼讎黔柳：……蚴瘸磁簿敞，＂￡塑星璺坐里笪一——．一東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論雖然芯片需要從國(guó)外購(gòu)買，但是現(xiàn)在資料比較全面，關(guān)于芯片的凋試也可以自至研究，開發(fā)出自我特色的監(jiān)控程序．這樣就避免了從開發(fā)板、調(diào)試工具，開發(fā)環(huán)境條龍的“拿束”主義。同時(shí)因?yàn)椋疲颍澹澹螅悖幔欤宓模停茫叮福龋茫梗埃钙瑑?nèi)沒(méi)有集成硬件調(diào)試模塊，故祚：調(diào)試丌發(fā)的過(guò)程中經(jīng)常使用編程器等工具燒寫目標(biāo)代碼，既繁瑣又增加了工作量，所以產(chǎn)７Ｅ了為ＭＣ６８ＨＣ９０８編寫…個(gè)通用監(jiān)控程序的想法。一方面可以節(jié)省經(jīng)費(fèi)，同時(shí)可以在高校教學(xué)實(shí)踐中廣泛使用；另一方面，也可以加深對(duì)微控制器底層丌發(fā)的理解，為以后更好的進(jìn)行嵌入式開發(fā)做準(zhǔn)備。１．３論文結(jié)構(gòu)第一章首先介紹了ＭＣ６８ＨＣ９０８微控制器的監(jiān)控程序的研究背景與意義，以及盯發(fā)監(jiān)控程序的必要性和可行性；第二章主要對(duì)微控制器調(diào)試發(fā)展以及當(dāng)前常見的調(diào)試方式作簡(jiǎn)要介紹：第三章引入了監(jiān)控程序的總體設(shè)計(jì)；第四章介紹了ＭＣ６８ＨＣ９０８ＡＰ６４微控制器的監(jiān)控程序的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程：第五章就如何將監(jiān)控程序移植到其他ＭＣ６８ＨＣ９０８微控制器＿｜二作了介紹；第六章對(duì)實(shí)現(xiàn)的監(jiān)控程序作了詳細(xì)的功能測(cè)試：第七章結(jié)束語(yǔ)。東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章微控制器調(diào)試第二章微控制器調(diào)試２．１微控制器調(diào)試技術(shù)的發(fā)展早期嵌入式開發(fā)之中針對(duì)微控制器使用的調(diào)試方法是“ｃｒａｓｈａｎｄｂｕｒｎ”方式。在這種與式下編寫完代碼之后檢查一至兩遍，然后下載到ＥＰｌｌＯＭ里面運(yùn)行。如糶工作不ｉｒ常，再次檢查代碼，改正之后再次運(yùn)行，直到執(zhí)行結(jié)果ＩＦ確為止。在某種程度上說(shuō)，這種方式與使用調(diào)試工具進(jìn)行的工作致。雖然不是個(gè)環(huán)方法，但是不得不承認(rèn)與使用某些調(diào)試工具的速度相比，這種方法的調(diào)試速度特別慢。一段時(shí)ｆ日之后，實(shí)現(xiàn)了具有硬件支持的單步調(diào)試。這種方式可以使控制器執(zhí)行一一條指令之后暫停執(zhí)行。這樣開發(fā)人員就可以確定正在執(zhí)行的是什么代碼。ＩｎｔｅｌＳ０４１微控制器是最早支持單步調(diào)試的微控制器之．該控制器是通過(guò)一個(gè)附加的外部硬件電路實(shí)現(xiàn)改功能的ｎ這種調(diào)試方式仍然不能滿足開笈人員的需要，之后不久，針對(duì)微控制器調(diào)試的：療式又０ｌ入了一種新的設(shè)備：ＲＯＭ仿真器。這種設(shè)備是插入式的，用來(lái)代替目標(biāo)扳ｒ的微控制器芯片。該設(shè)備通過(guò)串口、井口或者以太網(wǎng)接口與主機(jī)連接。在最簡(jiǎn)單的情況下，ＲＯＭ仿真器可以快速的下載代碼，并且使用“ｃｒａｓｈａｎｄｂｕｍ”力式進(jìn)行調(diào)試；在比較復(fù)雜的情況下，可以下載一個(gè)ＲＯＭ監(jiān)控程序的代碼．然后通過(guò)仿真器的仿真頭與監(jiān)控程序通信。在線仿真器ＩＣＥ的應(yīng)用為微控鏹ｌ器的調(diào)試增加了新方式。在線仿真器ＩＣＥ由仿真器的仿真頭來(lái)完全取代目標(biāo)板上的ＣＰＵ進(jìn)行工作．產(chǎn)生外部電路所需的信號(hào)，同時(shí)捕獲外部所有信號(hào)。對(duì)嵌入式軟件開發(fā)人員來(lái)說(shuō)，ＩＣＥ一直是傳統(tǒng)的首選調(diào)試工具，’豈能夠提供源代碼級(jí)調(diào)試及控制器運(yùn)行控制等關(guān)鍵的調(diào)試功能。嵌入式系統(tǒng)硬件玎發(fā)人?。。?；ｊＩ，Ｊ以使用它啟動(dòng)和停止目標(biāo)系統(tǒng)，查閱和修改寄存器和存儲(chǔ)器，盤需要查看目標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行情況的地方來(lái)設(shè)景斷點(diǎn)。嵌入式軟件開發(fā)人員可以使用ＩＣＥ調(diào)試，采用ＩＣＥ源級(jí)調(diào)試程序編寫的代碼，并在需要控制和查看內(nèi)部控制囂運(yùn)行的地方設(shè)置斷點(diǎn)。傳統(tǒng)的ＬＣＥ技術(shù)在普通的嵌入式系統(tǒng)調(diào)試中很好地滿足了調(diào)試需求。雖然在線仿真器ＩＣＥ這種調(diào)試方式功能強(qiáng)大．但是成本很高、可擴(kuò)展性差，沒(méi)有提供完善的觸發(fā)、高速定時(shí)或模擬分析功能。目前，隨著汁算機(jī)和通信技術(shù)的高速發(fā)展，針刑高速膚入式控制器的仿真器很難采用這種方式”’】。最近，調(diào)試方式又增加了一種方式：片上調(diào)試（ＯＣＤ，Ｏｎ—ＣｈｉｐＤｅｂｕｇ）方式。ｌ≯期的片Ｌ調(diào)試器摹本上用目標(biāo)控制器系統(tǒng)上的微代碼實(shí)現(xiàn)調(diào)試監(jiān)控程序。更高級(jí)…些的控制器又增加了一些調(diào)試功能，如程序計(jì)數(shù)器的實(shí)時(shí)讀?。ǎ粒睿幔欤铮纾模澹觯椋悖澹蟮模樱龋粒遥弥舻迤鳎?、對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)存儲(chǔ)單元接近于實(shí)時(shí)的讀取（Ｆｒｅｅｓｅａｌｅ的ＣｏｄｅＦｉｒｅ系列）Ｉｍｌ基本的ＯＣＤ器）、對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)存儲(chǔ)單元接近于實(shí)時(shí)的讀取（Ｆｒｅｅｓｅａｌｅ的ＣｏｄｅＦｉｒｅ系列）Ｉｍｌ基本的ＯＣＤ東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章微控制器調(diào)試第二章微控制器調(diào)試２．１微控制器調(diào)試技術(shù)的發(fā)展早期嵌入式開發(fā)之中針對(duì)微控制器使用的調(diào)試方法是“ｃｒａｓｈａｎｄｂｕｍ”方式。在這種方式下編寫完代碼之后檢查一至兩遍，然后下載到ＥＰＲＯＭ里面運(yùn)行。如果工作不ｌＦ常，再次檢查代碼，改正之后再次運(yùn)行，直到執(zhí)行結(jié)果『Ｆ確為止。在某種程度［＝說(shuō)，這種方式與使用調(diào)試工具進(jìn)行的工作一致。雖然不是。個(gè)壞方法，但是不得不承認(rèn)；ｊ使用某些凋試工具的速度相比，這種方法的調(diào)試速度特別慢。一’段時(shí)間之后，實(shí)現(xiàn)了具有硬件支持的單步調(diào)試。這種方式可以使控制器執(zhí)行一祭指令之后暫停執(zhí)行，這樣開發(fā)人員就可以確定正在執(zhí)行的是什么代碼。Ｉｎｔｅｌ８０４１微控制器是攮早支持單步調(diào)試的微控制器之～，該控制器是通過(guò)一個(gè)附加的外部硬件電路實(shí)現(xiàn)該功能的【７１。這種調(diào)試方式仍然不能滿足開發(fā)人員的需要，之后不久，針對(duì)微控制器調(diào)試的方式又引入了一種新的設(shè)備：ＲＯＭ仿真器。這種設(shè)備是插入式的，用來(lái)代替目標(biāo)板上的微控制器芯片。該設(shè)備通過(guò)串口、并口或者以太網(wǎng)接口與主機(jī)連接。在最簡(jiǎn)單的情況一卜－，ＲＯＭ仿真器可以快速的下載代碼，并且使用“ｃｒａｓｈａｎｄｂｕｍ”方式進(jìn)行調(diào)試；在比較復(fù)雜的情況下，可以下載一個(gè)ＲＯＭ監(jiān)控程序的代碼，然后通過(guò)仿真器的仿真頭與崎控程序通信。在線仿真器ＩＣＥ的應(yīng)用為微控制器的調(diào)試增加了新方式。在線仿真器ＩＣＥ由仿真器的仿真頭來(lái)完全取代目標(biāo)板上的ＣＰＵ進(jìn)行工作，產(chǎn)生外部電路所需的信號(hào)。同時(shí)捕獲外部所有信號(hào)。對(duì)嵌入式軟件開發(fā)人員來(lái)說(shuō)，ＩＣＥ一直是傳統(tǒng)的首選調(diào)試工具，它能夠提供源代碼級(jí)調(diào)試及控制器運(yùn)行控制等關(guān)鍵的調(diào)試功能。嵌入式系統(tǒng)硬件玎發(fā)人員可以使用它啟動(dòng)和停止目標(biāo)系統(tǒng)，查閱和修改寄存器和存儲(chǔ)器，在需要查看目標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行情況的地方來(lái)設(shè)置斷點(diǎn)。嵌入式軟件開發(fā)人員可以使用ＩＣＥ調(diào)試，采用ＩＣＥ源級(jí)嘲試程』事編寫的代碼，并在需要控制和查看內(nèi)部控制器運(yùn)行的地方設(shè)置斷點(diǎn)。傳統(tǒng)的ＩＣＥ技術(shù)在普通的嵌入式系統(tǒng)調(diào)試中很好地滿足了調(diào)試需求。雖然在線仿真器ＩＣＥ這種調(diào)試方式功能強(qiáng)大，但是成本很高、可擴(kuò)展性差，沒(méi)有提供完善的觸發(fā)、高速定時(shí)或模擬分析功能。目前，隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的贏速發(fā)展，針列高速嵌入式控制器的仿真器很難采用這種方式捧’】。最近，調(diào)試方式又增加了一種方式：片上調(diào)試（ＯＣＤ，Ｏｎ—ＣｈｉｐＤｅｂｕｇ）方式。‘弘期的片匕調(diào)試器基本上用目標(biāo)控制器系統(tǒng)上的微代碼實(shí)現(xiàn)調(diào)試監(jiān)控程序。更高級(jí)一些的擰制器又增加了一些調(diào)試功能，如程序計(jì)數(shù)器的實(shí)時(shí)讀?。ǎ粒睿幔欤铮纾模澹觯椋悖澹蟮模樱龋粒遥每刂破鳎?、對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)存儲(chǔ)單元接近于實(shí)時(shí)的讀?。ǎ疲颍澹澹螅悖幔欤宓模茫铮洌澹疲椋颍逑盗校尽俊；镜模希茫臇|北犬學(xué)碩士學(xué)位論文第二章微控制囂鶘試調(diào)試方式支持以下調(diào)試功能：代碼下載、讀寫存儲(chǔ)器單元、單步執(zhí)行、控制器重置、讀取控制器當(dāng)前狀態(tài)（正在運(yùn)行還是處于停止?fàn)顟B(tài)）等等［１１，ｔ２１。２．２常見的微控制器調(diào)試方式這里介紹常見的調(diào)試方式有：駐留監(jiān)控程序方式、ＲＯＭ仿真器方式、在線仿真器（ＩＣＥ）方式、應(yīng)用邊界掃描技術(shù)（ＪＴＡＧ）調(diào)試方式、片上背景調(diào)試模式（ＢＤＭ）等。２．２．１駐留監(jiān)控程序方式駐留監(jiān)控程序（ＲｅｓｉｄｅｎｔＭｏｎｉｔｏｒｓ）是一段運(yùn)行在目標(biāo)板上的程序，集成開發(fā)環(huán)境中的調(diào)試軟件通過(guò)以太網(wǎng)口、并行端口、串行端口等通訊端口與駐留監(jiān)控軟件進(jìn)行交甄，｝｝｛調(diào)試軟件發(fā)布命令通知駐留監(jiān)控軟件控制程序的執(zhí)行、讀寫存儲(chǔ)器、瀆寫寄存器、沒(méi)置斷點(diǎn)等。駐籍監(jiān)控軟件是一種比較低廉有效的調(diào)試方式，不需要任何其他硬件淵試和仿真設(shè)備。ＡＲＭ公司的Ａｎｇｅｌ就是該類軟件，大部分嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)也是采用該類軟件進(jìn)行調(diào)試，不同的是在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中，駐留監(jiān)控軟件是作為操作系統(tǒng)的務(wù)存在的。駐尉監(jiān)控軟件的不便之處在于它對(duì)硬件設(shè)備的要求比較高，一般在硬件穩(wěn)定之后刊能進(jìn)行應(yīng)用軟件的開發(fā)，同時(shí)它占用目標(biāo)板上的一部分資源，而且不能對(duì)程序的全速運(yùn)行進(jìn)行完全仿真，所以對(duì)一些要求嚴(yán)格的情況不是很適合。駐留監(jiān)控軟件雖然具有占有存儲(chǔ)空間和系統(tǒng)資源，以及對(duì)ＣＰＵ的控制能力有限的缺點(diǎn)，但是它成本低，使用方便簡(jiǎn)單，還能夠直接進(jìn)行在線調(diào)試，能夠迅速應(yīng)用開發(fā)ｌｌ…。個(gè)任２．２．２ＲＯＭ仿真器方式大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)把應(yīng)用程序代碼存放在非易失存儲(chǔ)器（閃存Ｅ２ＰＲＯＭ）中，但是調(diào)試應(yīng)用程序需要修改代碼，設(shè)置斷點(diǎn)以及更新代碼映像，這就要求為『Ｆ常的應(yīng)用程序代碼尋求替換的存儲(chǔ)器，而ＲＯＭ仿真器可以實(shí)現(xiàn)。ＲＯＭ仿真器用來(lái)仿真ＲＯＭ，包括以下元件：●用于匹配目標(biāo)系統(tǒng)ＲＯＭ：卷片接口的電纜設(shè)備和接口插座；●用于代替目標(biāo)系統(tǒng)中ＲＯＭ的快速ＲＡＭ；●本地控制器；●連接到主機(jī)的通信端口：?附加特性：如跟蹤存儲(chǔ)器，閃存編程算法等。ＲＯＭ仿真器能提供自己的ＲＡＭ或替代存儲(chǔ)器去覆蓋目標(biāo)系統(tǒng)的ＲＯＭ或ＲＡＭ，可以在其中輕而易舉地設(shè)置斷點(diǎn)。調(diào)試中目標(biāo)平臺(tái)認(rèn)為它在訪問(wèn)ＲｏＭ，而它實(shí)際訪問(wèn)的是東北大學(xué)碩士學(xué)住論文第二章微控制器調(diào)試ＲＯＭ仿真器的ＲＡＭ。調(diào)試過(guò)程中通過(guò)仿真器來(lái)控制目標(biāo)控制器，而不是由運(yùn)行調(diào)試程序的目標(biāo)控制器來(lái)進(jìn)行代碼替換，它可以在目標(biāo)控制器仍在運(yùn)行應(yīng)用程序代碼時(shí)把斷點(diǎn)插入到仿真器存儲(chǔ)器中㈣”］。ＲｏＭ仿真器的功能方框圖如圖２．１所示。一唑塑望墮望壹！莖一快速ＲＡＭ內(nèi)存陣列控制處理器通道與信號(hào)控制邏輯電纜驅(qū)動(dòng)器，緩沖電路時(shí)跟蹤存儲(chǔ)器電纜電纜接口電路緩存匱到ＲＯＭ插座ｊ薄片的接口到目標(biāo)系統(tǒng)信接口到宿主機(jī)圖２．１ＲＯＭ仿真器的功能框幽Ｆｉｇ．２．１ＦｕｎｃｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅｏｆＲＯＭｓｉｍｕｌａｔｏｒＲＯＭ仿真器具有可以縮短調(diào)試周期，靈活設(shè)置斷點(diǎn)，仿真多種接口等功能。者目標(biāo)系統(tǒng)中沒(méi)有通信端口，或者已經(jīng)被嵌入式應(yīng)用軟件占用，并且到主機(jī)的通信端口不能由調(diào)試器使用，ＲＯＭ仿真器則可以通過(guò)建立到主機(jī)的虛擬ＵＡＲＴ端口來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題［”｝。２．２．３在線仿真器（ＩＣＥ）調(diào)試方式在線仿賓器ＯＣＥ）：提供自己的控制器和存儲(chǔ)器，不依賴目標(biāo)系統(tǒng)的控制器和內(nèi)存，是最直接的仿真調(diào)試方法。不同的調(diào)試工具對(duì)功能的實(shí)現(xiàn)是不～樣的，ＩＣＥ的主要優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)跟蹤和完整的觸發(fā)功能，容易實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟蹤信息獲取和運(yùn)行控制。ＩＣＥ通過(guò)基于存儲(chǔ)器的斷點(diǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)硬件斷點(diǎn)，而且ＩＣＥ實(shí)現(xiàn)的硬件斷點(diǎn)數(shù)量是沒(méi)有限制的，對(duì)于沒(méi)有片｝：調(diào)試邏輯的嵌入式系統(tǒng)，可以采用ＩＣＥ進(jìn)行調(diào)試。電纜或特殊連接器使ＩＣＥ的控制器能代替目標(biāo)系統(tǒng)的控制器。ＩＣＥ與露標(biāo)系統(tǒng)的連接有兩種方法：一種是直接連接，適用于ＩＣＥ的插座能很容易地插入琶標(biāo)系統(tǒng)時(shí)；另…種是問(wèn)接連接，適用于ＩＣＥ插座不易插入目標(biāo)系統(tǒng)時(shí)。ＩＣＥ和目標(biāo)系統(tǒng)通過(guò)連接器組合在一起，在完成連接后，設(shè)置端口號(hào)和通信速率，就可以代替原來(lái)的目標(biāo)機(jī)進(jìn)行應(yīng)用程序調(diào)試了…４１。東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章徽控制器調(diào)試調(diào)試時(shí)使用ＩＣＥ控制器和存儲(chǔ)器、髫標(biāo)板上的Ｉ／Ｏ接口。ＩＣＥＬ［ａ關(guān)鍵部分包括：?ＮＭＩ控制邏輯；?存儲(chǔ)器控制邏輯；●映像ＲＯＭ及映像ＲＡＭ。ＩＣＥ模擬內(nèi)存采用雙口內(nèi)存，能在執(zhí)行時(shí)同時(shí)看到數(shù)據(jù)的變化，同時(shí)附有功能強(qiáng)大的分析器，可以分析狀態(tài)、效率和時(shí)序等。它不但可以往前執(zhí)行，還可以倒退執(zhí)行。所有信息都可以記錄起來(lái)，包括計(jì)時(shí)器狀態(tài)、工作切換狀念、內(nèi)存狀態(tài)、寄存器狀態(tài)、變麓等，且信息全部是實(shí)時(shí)的。系統(tǒng)組合的內(nèi)存包括仿真器內(nèi)存和用Ｊ－內(nèi)存兩部分。ｃ１柏、控制器具有響應(yīng)外部ＮＭＩ（不可屏蔽中斷）的能力，可以便存儲(chǔ)ＩＣＥ內(nèi)代碼和用戶代碼的兩部分內(nèi)存實(shí)現(xiàn)切換。完成調(diào)試之后，再使用目標(biāo)板Ｅ的控制器和存儲(chǔ)器實(shí)剛運(yùn)行應(yīng)用代碼。ＩＣＥ是在具體的目標(biāo)機(jī)平臺(tái)上調(diào)試應(yīng)用程序，系統(tǒng)在調(diào)試狀態(tài)下的執(zhí)行情況和運(yùn)行模式完全一樣，這種方式更有利于實(shí)時(shí)地對(duì)系統(tǒng)硬件和軟件故障進(jìn)行定位平¨修改【｜７ｌ、ＩＣＥ價(jià)格一般較高，具有侵入性，即仿真器把較大的負(fù)載加至系統(tǒng)總線，兇器件具有４：同的電氣特性，可改變系統(tǒng)時(shí)序，當(dāng)仿真器連到其他元件保持不變的目標(biāo)系統(tǒng)時(shí)，有時(shí)會(huì)發(fā)生目標(biāo)系統(tǒng)突然工作（或失效）的情況；重復(fù)使用能力不好，只能在有限的控制器范圍內(nèi)使用㈣１９，２０１。２．２．４應(yīng)用ＪＴＡＧ接口的邊界掃描技術(shù)方式ＪＴＡＧ（聯(lián)合測(cè)試動(dòng)作組）是一個(gè)ＩＥＥＥ標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。它實(shí)際上是進(jìn)行芯片整體測(cè)試的一種手段，最初實(shí)現(xiàn)的目的是用于測(cè)試芯片的所有引腳連接狀態(tài)以及引腳與電路板上的其它芯片的內(nèi)部連接。簡(jiǎn)而言之，通過(guò)芯片的ＪＴＡＧ串行環(huán)可能通過(guò)所有的片。ｌ二設(shè)備，并且至少經(jīng)過(guò)所有的Ｉ／ＯＬｑ和緩沖區(qū)。對(duì)于ＪＴＡＧ來(lái)說(shuō)，沒(méi)有包含可調(diào)試資源的個(gè)別規(guī)范：同樣也沒(méi)有禁止調(diào)試某個(gè)資源的說(shuō)明。ＪＴＡＧ遵循ＩＥＥＥｌｌ４９．１標(biāo)準(zhǔn)，是一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試協(xié)議，主要用于芯片內(nèi)部測(cè)試及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真與調(diào)試。ＪＴＡＧ技術(shù)是一種嵌入式調(diào)試技術(shù)，它在芯片內(nèi)部封裝了專門的測(cè)試電路ＴＡＰ（ＮＵ試訪問(wèn)口），通過(guò)專門的ＪＴＡＧ測(cè)試工具對(duì)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。標(biāo)準(zhǔn)的ＪＴＡＧ接口包括以下４線：?ＴＭＳ（測(cè)試模式選擇）；●ＴＣＫ（Ｎ９試時(shí)鐘）；?ＴＤＩｆ測(cè)試數(shù)據(jù)輸入）；?ＴＤＯ（Ｎ１］試數(shù)據(jù)輸出１?；冢剩裕粒墙涌诘倪吔鐠呙铚y(cè)試技術(shù)，是在芯片引腳和芯片內(nèi)部邏輯之間（即芯片邊界位置）增加串行連接的邊界掃描測(cè)試單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片引腳狀態(tài)的設(shè)定和讀玻，使芯片引腳狀態(tài)具有可控性和可觀測(cè)性。２０針ＪＴＡＧ管腳定義如表２．１所示。東北大學(xué)碩士學(xué)位論文表２．１ＪＴＡＧ管腳定義Ｔａｂｌｅ２．ｔＰｏｒｔｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｏｆＪＴＡＧ第二章微控制囂調(diào)試ＪＴＡＧ所遵循的ＩＥＥＥｌ１４９．１標(biāo)準(zhǔn)支持３種測(cè)試功能：?內(nèi)部測(cè)試——ＩＣ內(nèi)部的邏輯測(cè)試；?外部測(cè)試——ＩＣ間相互連接的測(cè)試；●取樣測(cè)試——ＩＣ正常運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)取樣測(cè)試。一個(gè)監(jiān)控程序大致由上層調(diào)試工具，調(diào)試宿主機(jī)，協(xié)議轉(zhuǎn)換器，調(diào)試接ＩＪ和調(diào)試逆輯以及待調(diào)試ＣＰＵ組成。圖２．２是一個(gè)簡(jiǎn)化了的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)框圖。高層調(diào)試工具是監(jiān)控程序與用戶的接口，主要用于發(fā)出高層的調(diào)試命令；調(diào)試主機(jī)是運(yùn)行調(diào)試工具的計(jì)算機(jī)，調(diào)試主機(jī)允許發(fā)出調(diào)試工具給出的高級(jí)調(diào)試命令，提供給底層的協(xié)議轉(zhuǎn)換器；協(xié)議轉(zhuǎn)換器是用于將調(diào)試主機(jī)發(fā)出的高層命令轉(zhuǎn)換為ＪＴＡＧ接口協(xié)議。圖２．２典硝的監(jiān)控科序框圖Ｆｉｇ．２．２Ｔｙｐｉｃａｌｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｆｌ＇ａ／ｎｅｏｆｍｏｎｉｔｏｒｓ在目標(biāo)監(jiān)控程序中，為了讓調(diào)試主機(jī)能夠通過(guò)ＪＴＡＧ接口訪問(wèn)蟄ｊｃＰｕ的運(yùn)行結(jié)果并且能夠控￥ＩＪｃＰｕ的運(yùn)行狀態(tài)，通常是將掃描鏈安插在需要觀察的數(shù)據(jù)通道周圍，使得調(diào)試主機(jī)的命令可以通過(guò)ＪＴＡＧ接口串行地輸入到這些特殊數(shù)據(jù)通道，并且可以通過(guò)ＪＴＡＧ接口將數(shù)據(jù)通道的內(nèi)容串行地送入調(diào)試主機(jī)。ＪＴＡＧ命令獨(dú)立于控制器的指令系統(tǒng)，可東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章微控制囂調(diào)試以完全控制控制器的運(yùn)作，屬于完全非插入式（即不使用片上資源）調(diào)試，它無(wú)需曰標(biāo)存儲(chǔ)器，不占用目標(biāo)系統(tǒng)的任何端口，且其仿真更接近于目標(biāo)硬件，許多接口問(wèn)題，如高頻操作限制，電線長(zhǎng)度的限制等被最小化了ｌ“ｌ。使用集成開發(fā)環(huán)境配合ＪＴＡＧ仿真器進(jìn)行開發(fā)是目前采用最多的一種調(diào)試力式。隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，人們提出了更多基于ＪＴＡＧ接１２１的調(diào)試技術(shù)的改進(jìn)方法，加強(qiáng)對(duì)內(nèi)核信號(hào)的監(jiān)測(cè)與控制，內(nèi)核與調(diào)試電路之間的數(shù)據(jù)交換，以系統(tǒng)時(shí)鐘運(yùn)行調(diào)試程序等。以更少的硬件開銷實(shí)現(xiàn)更全面的調(diào)試功能［２Ｌ”１。２．２．５片上調(diào)試的背景調(diào)試方式（ＢＤＭ）一般地說(shuō)，片上調(diào)試（ｏｎ．ｃｈｉｐｄｅｂｕｇ）是軟件和硬件的結(jié)合體。駐留在芯片內(nèi)的部分實(shí)現(xiàn)有著多種方式：在Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ的ＣＰＵ３２是基于微代碼的監(jiān)控、ｍＭＰＰＣ４０３足硬件實(shí)現(xiàn)的片上調(diào)試資源。這包括最終用戶代碼暈面可以使用韻資源，如斷點(diǎn)寄存器或者＃門供ＯＣＤ使用的硬件，如指令隊(duì)列緩沖區(qū)。片上調(diào)試確實(shí)需要硬件的支持，然而這種需求可能很少。在調(diào)試主機(jī)和芯片之問(wèn)，應(yīng)該有一種通信的方法。在大多數(shù)情況下，是通過(guò)一個(gè)雙向的插頭和控制器上的幾個(gè)引腳實(shí)現(xiàn)的。在ＩＢＭ的４０３家族里面使用ＪＴＡＧ接口插頭以及通過(guò)一個(gè)１６針的雙向插頭與控制器的ＲＥＳＥＴ、電源正和電源負(fù)引腳相連。片上調(diào)試方式中的ＢＤＭ是ＢａｃｋｇｒｏｕｎｄＤｅｂｕｇＭｏｄｅ的縮寫，是Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ公司的一種系統(tǒng)調(diào)試方式，有時(shí)ＢＤＭ也指支持這種方式的微控制器中與此有關(guān)的部分。Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ的ＢＤＭ方式通過(guò)１０針的雙向插頭使用專用的引腳（有時(shí)和一些實(shí)時(shí)執(zhí)行功能分時(shí)復(fù)ｆ｝；ｆｊ，如ＢＧＮＤ引腳）：電源正、地、ＲＥＳＥＴ等。很多ＤＳＰ芯片使用符合Ｔｅｘａｓ公司標(biāo)準(zhǔn)的ＪＴＡＧ接口。Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ已經(jīng)擴(kuò)展了這個(gè)接口的內(nèi)部定義，通過(guò)這種擴(kuò)展使這種接口滿足ＤＳＰ下的ＢＤＭ方式調(diào)試接口，也就是ＯｎＣＥ接口【ｚ“。ＢＤＭ具備基本的調(diào)試功能【２４∞】，包括資源訪問(wèn)及運(yùn)行控制等：與指令掛牌及斷點(diǎn)邏輯配合可以實(shí)現(xiàn)許多重要的開發(fā)功能，例如系統(tǒng)開發(fā)、在線檢測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和芯片內(nèi)程序的固化等。比如在Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ的ＨＣ（Ｓ）１２系列微控制器中，ＢＤＭ是其內(nèi)部一‘個(gè)獨(dú)立于ＣＰＵ的硬件和固件（Ｆｉｒｍｗａｒｅ）聯(lián)合體，ＢＤＭ的硬件邏輯位于ＣＰＵ以外。微控制器Ｊ．電后，ＢＤＭ硬件邏輯一直處于工作狀態(tài)，可以隨時(shí)接收并執(zhí)行外部命令，可以管理ＣＰＵ，甚至可以在ＣＰＵ運(yùn)行時(shí)直接訪問(wèn)ＣＰＵ的存儲(chǔ)器資源而讓ＣＰＵ毫無(wú)覺(jué)察。ＢＤＭ例件是部分ＢＤＭ命令的解釋程序，它平時(shí)處于禁止?fàn)顟B(tài)，對(duì)用戶程序透明，需要時(shí)必須事先通過(guò)某種方式激活。如果需要讀寫ＣＰＵ的寄存器，或者準(zhǔn)備以某種方式控制用戶程序運(yùn)行，都需要用到ＢＤＭ固件。從另一個(gè)角度來(lái)看，ＢＤＭ固件相當(dāng)于一個(gè)小監(jiān)控程序，所渭ＢＤＭ激活實(shí)際上就是ＣＰＵ掛起用戶程序，將控制權(quán)交給這個(gè)監(jiān)控程序。在Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ公司的１６位微控制器ＨＣ（Ｓ）１２內(nèi)部還可以設(shè)置斷點(diǎn)邏輯（Ｂｒｅａｋｐｏｉｎｔ）、東北尢學(xué)碩士學(xué)位論文第二章微控制囂調(diào)試指令掛牌（ＴＡＧ）和背景調(diào)試模式（ＢＤＭ）－等，可以說(shuō)實(shí)現(xiàn)了功能比較完備的ＯＣＤ調(diào)試方式，通過(guò)這些功能可以了解ＣＰＵ所有內(nèi)部、外部資源的狀態(tài)，還可以設(shè)置硬件斷點(diǎn)。其中最重要的是ＢＤＭ模式，該模式包括硬件邏輯和固件（ＦｉｒｍＷａｒｅ），宿主計(jì)算機(jī)遇過(guò)單一引腳ＢＫＧＤ即可與ＢＤＭ邏輯進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)軟硬件的開發(fā)調(diào)試。此外，ＨＣ（Ｓ）ｌ２還采用了指令隊(duì)列，雖然加快了指令的執(zhí)行速度，不過(guò)難以實(shí)現(xiàn)對(duì)微控制器執(zhí)行過(guò)程的跟蹤：但是通過(guò)指令標(biāo)記和內(nèi)部隊(duì)列狀態(tài)可以解決這個(gè)問(wèn)題。ＢＤＭ調(diào)試模式子模塊是通過(guò)片上硬件實(shí)現(xiàn)的單線后臺(tái)監(jiān)控程序，該系統(tǒng)在盡可能少地打擾微控制器的前提Ｆ完成調(diào)試功能；ＢＤＭ控制邏輯與外部宿主開發(fā)系統(tǒng)之間通過(guò)ＢＫＧＤ引腳實(shí)現(xiàn)雙向串行通信，這種單線通信方案使得用于開發(fā)支持的引腳數(shù)減到最少【２…。２．３ＭＣ６８ＨＣ９０８系列微控制器對(duì)調(diào)試的支持Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ公司的ＭＣ６８ＨＣ９０８系列微控制器在片內(nèi)集成了監(jiān)控ＲＯＭ。監(jiān)控ＲＯＭ是指微控制器出廠前固化在芯片內(nèi)部ＲＯＭ中的一段程序，其中包含了有關(guān)系統(tǒng)檢測(cè)、Ｆｌａｓｈ編程以及串行通信等功能的代碼。這就使得微控制器多了一種不同于正常用戶方式的特殊操作方式，稱為監(jiān)控方式。監(jiān)控ＲＯＭ也提供了與ＰＣ機(jī)間的…線制（主要是通過(guò)一Ｉ／Ｏ管腳）測(cè)試模式。監(jiān)控模式的進(jìn)入不需要額外的硬件和高電壓支持，只要復(fù)位向量為窄就可以進(jìn)入監(jiān)控ＲＯＭ模式，這樣就將對(duì)于在線編程的硬件支持減到最少。監(jiān)控ＲＯＭ從ＰＣ機(jī)接收命令，主要是通過(guò)ＲＳ２３２接口和ＰＣ機(jī)通信，監(jiān)控ＲＯＭ提供了最簡(jiǎn)功能，可以通過(guò)一管腳ｆ通常ＰＴＡＯ）將代碼下載到ＲＡＭ中進(jìn)行執(zhí)行。在此基礎(chǔ)上可以根據(jù)Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ的ＭＣ６８ＨＣ９０８文檔給出的硬件電路設(shè)計(jì)硬件編程器。但是設(shè)計(jì)出來(lái)的硬件編程器的功能也只有簡(jiǎn)單的擦除，寫入等最簡(jiǎn)單功能，不便于用戶開發(fā)過(guò)程中調(diào)試。監(jiān)控ＲＯＭ使用的固件命令如下：●ＲＥＡＤ（讀內(nèi)存）；?ＷＲＩＴＥ（寫內(nèi)存）；?ｍＥＡＤ（帶索引讀）：●ＩＷＲＩＴＥ（帶索引寫）；●ＲＥＡＤＳＰ（讀堆棧指針）；●ＲＵＮｆ運(yùn)行用戶程序１。另外，有的ＭＣ６８ＨＣ９０８系羅Ⅱ微控帝ｎ器在上述監(jiān)控ＲＯＭ基礎(chǔ)上內(nèi)駐了更強(qiáng)功能的固件程序。這些固件程序最主要的功能是用來(lái)對(duì)Ｆｌａｓｈ進(jìn)行操作管理的。比如ＭＣ６８ＨＣ９０８ＡＰ６４就提供了７個(gè)固件程序接口，其中５個(gè)固件接口就是為了簡(jiǎn)化Ｆｌａｓｈ編程、擦除、下載等操作。其它的兩個(gè)囿件程序接口主要是用來(lái)管理Ｅ２ＰＲＯＭｌ２“。東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章監(jiān)控程序的總體設(shè)計(jì)第三章監(jiān)控程序的總體設(shè)計(jì)監(jiān)控程序的首要功能就是把應(yīng)用程序最終生成的目標(biāo)代碼下載進(jìn)片內(nèi)Ｆｌａｓｈ中，應(yīng)用程序運(yùn)行后，可以在監(jiān)控程序的幫助下進(jìn)行調(diào)試，比如顯示內(nèi)存、修改內(nèi)存、顯ｉｊ或苔修改寄存器、進(jìn)行匯編級(jí)的調(diào)試等操作。因?yàn)楸O(jiān)控程序也是編寫的一段代碼，需要駐留在Ｆｌａｓｈ區(qū)，當(dāng)然也占用‘定的系統(tǒng)資源。但借助監(jiān)控程序可以方便的進(jìn)行應(yīng)用程序調(diào)試、代碼下載、目標(biāo)Ｆｌａｓｈ區(qū)擦除以及對(duì)下載代碼的調(diào)試，占用部分資源是值得的。由于ＭＣ６８ＨＣ９０８系列微控制器的Ｆｌａｓｈ以頁(yè)為最小單位進(jìn)行操作，這樣就不用擔(dān)心對(duì)部分存儲(chǔ)介質(zhì)的擦除而將所有Ｆｌａｓｈ存儲(chǔ)更全部清空，這些都是進(jìn)行Ｆｌａｓｈ相關(guān)操作時(shí)需要考慮的問(wèn)題，但是Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ公司提供了針對(duì)Ｆｌａｓｈ操作的塊保護(hù)寄存器以及控制寄存器，這樣在有保護(hù)的情況下，就不ｊ｛；｝｛擔(dān)心因?yàn)檎`操作帶來(lái)的后果。監(jiān)控程序的編寫首先從系統(tǒng)的初始化開始，設(shè)置時(shí)鐘頻率，初始化監(jiān)控程序需要使用的硬件模塊比如ＳＣＩ模塊、時(shí)鐘模塊等，在初始化完成以后，進(jìn)行下一步監(jiān)控程序的開發(fā)工作。ＭＣ６８ＨＣ９０８系列微控制器的監(jiān)控程序，需要實(shí)現(xiàn)以下功能：●人機(jī)對(duì)話，這是人跟微控制器通信的基本手段，使用串行口進(jìn)行交互；?顯示ＣＰＵ內(nèi)部各寄存器的值，使ＣＰＵ內(nèi)部的狀態(tài)能夠顯示：?修改ＣＰＵ內(nèi)部各寄存器的值，使ＣＰＵ能夠被操作；●顯示內(nèi)存和Ｆｌａｓｈ區(qū)域的值，同時(shí)要能夠修改內(nèi)存和Ｆｌａｓｈ的值１２８，２‘）】；●能夠進(jìn)行匯編級(jí)的調(diào)試，進(jìn)行單步調(diào)試，多步調(diào)試：?匯編以及反匯編功能【３０，３１ｔ。３．１調(diào)試電路的設(shè)計(jì)硬件最小調(diào)試電路的設(shè)計(jì)如圖３．１所示，只要加上合適的外部晶振電路，借助ＳＣＩ模塊就可以實(shí)現(xiàn)和ＰＣ機(jī)的通信。ＰＣ機(jī)端可以直接使用串口通信工具，比如超級(jí)終端，進(jìn)行命令的發(fā)送以及顯示監(jiān)控程序的回傳數(shù)據(jù)。東北大學(xué)碩士學(xué)位論文～匿一第三章監(jiān)控程序的總體設(shè)計(jì)藹一一廣Ｉ，止■Ｌ～子模塊虱到警圖３．１雖小調(diào)試電路Ｆｉｇ．３．１Ｓｍａｌｌｅｓｔｄｅｂｕｇｇｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔ３．２層次結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)監(jiān)控程序采取模塊化的設(shè)計(jì)，需要實(shí)現(xiàn)的功能獨(dú)立出來(lái)以模塊的形式提供調(diào)用，這樣軟件設(shè)計(jì)的層次結(jié)構(gòu)顯得很清晰。監(jiān)控程序的模塊層次圖如圖３’２所示，在所有模塊中Ｆｌａｓｈ操作子模塊是崖接與微控制器的Ｆｌａｓｈ介質(zhì)直接打交道，該模塊提供了對(duì)Ｆｌａｓｈ介質(zhì)的讀與寫操作的接１２１。而最上層的串行通信接１２１模塊直接與ＰＣ機(jī)端進(jìn)行交互，接收Ｐ（：機(jī)端的命令并進(jìn)行相應(yīng)的處理，同時(shí)回傳命令或者數(shù)據(jù)給ＰＣ機(jī)。廠一；ｉ瓦Ｆ…ｌ一皇……一一毫Ｆｌａｓｈ徘勇蓮網(wǎng)郄螵慝串行通信接口模塊‘…一—］ｒ—一｝模塊ｒ８“Ｉ。｜３“｛”“ｊ模塊｜８“ＨＣ９０８徽控制器圖３．２監(jiān)控程序的模塊描述例Ｆｉｇ，３．２Ｍｏｄｕｌｅｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｏｆｍｏｎｉｔｏｒｓ３．３模塊化設(shè)計(jì)根據(jù)已經(jīng)給出的各功能模塊的層次圖，下面進(jìn)行各模塊的功能設(shè)計(jì)。功能模塊主要有：串行通信接口模塊、Ｆｌａｓｈ操作子模塊、擦除模塊、反匯編模塊和匯編模塊等ａ３．３．１串行通信接口模塊的設(shè)計(jì)ＭＣ６８ＨＣ９０８系列微控制器中提供了串行通訊接口（ＳｅｒｉａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＩｎｔｅｒｆａｃｅ，ｌｓＣｎ是異步通信接口，其他型號(hào)的ＭＣ６８ＨＣ９０８微控制器還提供了增強(qiáng)的串行通訊接ｆ（ＥｎｈａｎｃｅｄＳｅｒｉａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＩｎｔｅｒｆａｃｅ，ＥＳＣＩ），在硬件上只要將其電平轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章監(jiān)控程序的總體設(shè)計(jì)ＲＳ。２３２電平即可進(jìn)行串行異步通信，這樣就可以與ＰＣ機(jī)端串［Ｉ通信工具建贏連接。串行通信接口模塊在模塊層次圖中處于最上層，浚模塊實(shí)現(xiàn)的功能主要是從ＰＣ機(jī)端接收命令，然后進(jìn)行處理或者調(diào)用其他模塊實(shí)現(xiàn)用戶需要功能。串行通信接Ｆ１模塊主要基于ＭＣ６８ＨＣ９０８系列的串行通訊接口模塊，與ＰＣ機(jī)端通信工具（推薦使用的是ｗｉｎｄｏｗｓ系統(tǒng)自帶的超級(jí)終端）進(jìn)行通信，建立連接需要握手的參數(shù)有：使用的串行口、速率、位數(shù)咀及奇偶檢驗(yàn)等。ＰＣ機(jī)端發(fā)送過(guò)來(lái)的命令或者數(shù)據(jù)都是ＡＳＣＩＩ碼形式傳送的，比如命令字或者需要操作的地址等。串行通信接口模塊首先需要對(duì)發(fā)送過(guò)來(lái)的ＡＳＣＩＩ碼進(jìn)行處理，然后變換成合法的地址或者數(shù)據(jù)。對(duì)予命令字，需要判斷接收的命令的合法性以及進(jìn)行進(jìn)步的操作。串行通信接口模塊的流程圖如圖３．３所示。圈３．３串行通信接口模塊的流程圖Ｆｉｇ．３．３ＦｌｏｗｃｈａｒｔｏｆＳＣＩｍｏｄｕｌｅ３．３．２Ｆｌａｓｈ底層操作模塊的設(shè)計(jì)ＭＣ６８ＨＣ９０８系列微控制器的Ｆｌａｓｈ模塊中與Ｆｌａｓｈ編程有關(guān)的寄存器有２個(gè)，它們是Ｆｌａｓｈ控制寄存器（ＦＬＣＲ）和Ｆｌａｓｈ塊保護(hù)寄存器．（ＦＬＢＰＲ）。編程和擦除操作都是通過(guò)Ｆｌａｓｈ控制寄存器來(lái)控制的，Ｆｌａｓｈ控制寄存器位定義如表３．１所示，ＭＣ６８ＨＣ９０８系列微控制器的Ｆｌａｓｈ控制寄存器的定義都是一樣的。東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章監(jiān)控程序的總體設(shè)計(jì)表３．１Ｆｌａｓｈ控制寄存器（ＦＬｃＲ）的位定義Ｔａｂｌｅ３．１Ｂｉｔ—ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｏｆＦｌａｓｈｃｏｎｔｒｏｌｒｅｇｉｓｔｅｒＤ７～Ｄ４位：未定義。Ｄ３－－ＨＶＥＮ位：高壓允許位。ＨＶＥＮ＝Ｉ，打開電荷泵（ｃｈａｒｇｅｐｕｍｐ）并將商電平加到Ｆｌａｓｈ陣列上：ＨＶＥＮ＝０，撤除Ｆｌａｓｈ陣列上的高電平并關(guān)閉電荷泵。當(dāng)ＰＧＭ＝Ｉ或ＥＲＡＳＥ＝Ｉ時(shí)，可以通過(guò)設(shè)置ＨＶＥＮ將來(lái)自片內(nèi)電荷泵的高壓加到Ｆｌａｓｈ陣列上。Ｄ２－－ＭＡＳＳ位：整體擦除控制位。該位在ＥＲＡＳＥ＝Ｉ時(shí)有效，用于選擇Ｆｌａｓｈ擦除操作方式：整體擦除或頁(yè)擦除。ＭＡＳＳ＝Ｉ，選擇整體擦除方式；ＭＡＳＳ＝０，選擇頁(yè)擦除方式。．ＤＩ－－ＥＲＡＳＥ位：擦除操作控制位。該位用于設(shè)置Ｆｌａｓｈ編程操作為擦除操作。ＥＲＡＳＥ位弓ＰＧＭ位之間存在互鎖關(guān)系，無(wú)法同時(shí)被設(shè)置為ｌ。ＥＲＡＳＥ＝１，選擇擦除操作：ＥＲＡＳＥ＝Ｏ，不選擇擦除操作。ＤＯ—ＰＧＭ位：編程（寫入）控制位。該位用于設(shè)煢Ｆｌａｓｈ編程操作為編程（寫入）操作．且無(wú)法與ＥＲＡＳＥ位同時(shí)為ｌ。ＰＧＭ＝Ｉ，選擇寫入操作；ＰＧＭ＝０，不選擇寫入操作。對(duì)Ｆｌａｓｈ介質(zhì)的操作是直接關(guān)系到監(jiān)控程序能否成功的關(guān)鍵，因?yàn)榇a的下載、目標(biāo)Ｆｌａｓｈ區(qū)的擦除與寫入都是以Ｆ１ａｓｈ介質(zhì)為搡作對(duì)蒙的。而且Ｆｌａｓｈ操作子模塊處二『．總體層次模塊的最下層，需要提供給上層其他模塊需要的接口操作。Ｆｌａｓｈ介質(zhì)是最終承載目標(biāo)代碼的容器，所以對(duì)于Ｆｌａｓｈ介質(zhì)最關(guān)心的是如何進(jìn)行ＩＦ確的操作。Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ公司微控制器的Ｆｌａｓｈ存儲(chǔ)器在片內(nèi)是以頁(yè)（Ｐａｇｅ）ａｎ行（Ｒｏｗ）為葷位組織的。頁(yè)和行的大?。ㄗ止?jié)數(shù)１隨整個(gè)Ｆｌａｓｈ存儲(chǔ)器的大小變化而變化。例如ＭＣ６８ＨＣ９０８ＡＰ６４內(nèi)含約６２Ｋ字節(jié)的Ｆｌａｓｈ存儲(chǔ)器（地址為￥０４８０～￥ＦＦＦＦ），每頁(yè)的大小為５１２字節(jié)，每行的大小為６４字節(jié)；ＭＣ６８ＨＣ９０８ＧＰ３２每頁(yè)的大小為１２８字節(jié)，每行為６４字節(jié)。在ＭＣ６８ＨＣ９０８系列微控制器中，對(duì)Ｆｌａｓｈ進(jìn)行擦除或?qū)懭氩僮餍枰裱欢ǖ臅r(shí)序和步驟。對(duì)于ＭＣ６８ＨＣ９０８系列的不同微控制器的步驟基本是一樣的，但時(shí)序要求可能略有不同，針對(duì)具體型號(hào)的Ｆｌａｓｈ進(jìn)行編程時(shí)應(yīng)參考相應(yīng)的芯片手冊(cè)。同時(shí)需要注意的是，一些型號(hào)的微控制器的監(jiān)控ＲＯＭ內(nèi)含有Ｆｌａｓｈ操作子程序，用戶可直接調(diào)用ｐ?！保?，例如ＭＣ６８ＨＣ９０８ＪＬ３、以及ＭＣ６８ＨＣ９０８ＡＰ６４；有的型號(hào)倒如ＭＣ６８ＨＣ９０８ＧＰ３２則沒(méi)有，這種情況需自行編制子程序。雖然某些型號(hào)的微控制器的監(jiān)控ＲＯＭ中含有Ｆｌａｓｈ編程子程序，但是Ｆｌａｓｈ編程仍然不可忽視。因?yàn)楸颈O(jiān)控程序支持多種型號(hào)的８位微控制器，所以對(duì)于不同型號(hào)的微控制器，就需要定制Ｆｌａｓｈ操作模塊ｐ４。ｔ”Ｊ。東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章監(jiān)控程序的總體設(shè)計(jì)Ｆｌａｓｈ操作子模塊只需要提供給上層關(guān)于Ｆｌａｓｈ頁(yè)的擦除以及行寫入的統(tǒng)一接ｌ¨ｌ就ｉ，ｊ以，這樣上層模塊在調(diào)用Ｆｌａｓｈ操作模塊進(jìn)行操作時(shí)只要根據(jù)統(tǒng)一的ａｐｉ接口進(jìn)行操作．不用關(guān)心Ｆｌａｓｈ存儲(chǔ)器的具體型號(hào)。ＭＣ６８ＨＣ９０８微控制器的Ｆｌａｓｈ介質(zhì)的撩除操作基本一致，如圖３．４所示。…：二王二二＿…（開始，≥磊矗磊…——————ｊ一——ｌ向擦除地址寫入任意數(shù)據(jù)ｌ設(shè)置ＥＲＡｓＥ位～———』．，～一——延時(shí)Ｔｎｖｓ圖３，４Ｈａｓｈ擦除流程圖Ｆｉｇ．３．４ＦｌｏｗｃｈａｒｔｏｆＦｌａｓｈｅｒａｓｉｎｇＦｌａｓｈ介質(zhì)的寫入需要注意的是，一次寫入可以小于一行．但不能大于一行，列ｊ已經(jīng)寫過(guò)的部分未經(jīng)擦除不能重新寫入，寫入的流程如圖３．５所示。東北走學(xué)碩士學(xué)位論文第三章監(jiān)控程序的總體設(shè)計(jì)設(shè)置ＰＧＭ位ｎ孬ｉ讞南謠再翮０向擦除地址寫入任意數(shù)據(jù)ｔ等待ＴｎｖｓＬ。一＇設(shè)置ＨＶＥＮ位０等待Ｔｐｇｓ?０向目標(biāo)Ｆ１８Ｓｈ暖寫入數(shù)據(jù)。逵＞Ｙ‘‘清ＰＧＭ位延Ｈ，ＪＴｎｖｈ『—蠢氚ｉ—ｊ一一工～一一。清ＨｖＥＮ位上延時(shí)Ｔｒｃｖ圖３．５Ｈａｓｈ編程流程矧Ｆｉｇ．３．５ＦｌｏｗｃｈａｒｔｏｆＦｌａｓｈｐｒｏｇｒａｎ：ｌＩｍｉｎｇ３．３．３擦除模塊的設(shè)計(jì)擦除模塊主要用于對(duì)目標(biāo)Ｆｌａｓｈ區(qū)的擦除工作，以頁(yè)為基本單位進(jìn)行擦除。對(duì)ｊ二ＭＣ６８ＨＣ９０８系列微控制器來(lái)說(shuō)，Ｆｌａｓｈ介質(zhì)不象ＲＡＭ…樣可以隨機(jī)讀寫，對(duì)Ｆｌａｓｈ存儲(chǔ)器的修改是以頁(yè)為基礎(chǔ)。也就是說(shuō)，不能僅擦除某一字節(jié)或一次擦除小于’頁(yè)。所以這罩的擦除模塊也需要特殊處理，一頁(yè)中的不需擦除的數(shù)據(jù)在擦除操作后仍然應(yīng)該保留。ＭＣ６８ＨＣ９０８微控制器的Ｆｌａｓｈ介質(zhì)是以頁(yè)為基本單位，Ｆｌａｓｈ的子操作模塊提供給｝：層的擦除接口是以頁(yè)為基礎(chǔ)的，而且只是基本的頁(yè)擦除和寫入接口。在擦除操作的剛候，起始地址所在的第一頁(yè)以及結(jié)束地址所在的最后…頁(yè)的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行特別處理，膨該將頁(yè)中其他數(shù)據(jù)緩存在ＲＡＭ中，然后在ＲＡＭ中將要修改的字節(jié)修改，修改完成以后再重新寫回。在這兩頁(yè)中間的其他頁(yè)可以直接調(diào)用Ｆｌａｓｈ操作子模塊直接擦除，掩除模塊的流程圖如圖３．６所示。（］重重）圖３．６擦除模塊流程圈Ｆｉｇ．３．６ＦｌｏｗｃｈａｒｔｏｆＥｒａｓｉｎｇｍｏｄｕｌｅ３．３．４反匯編模塊的設(shè)計(jì)在反匯編的操作中，不可避免的要查詢ＭＣ６８ＨＣ９０８微控制器的指令表，這樣就必須熟悉ＭＣ６８ＨＣ９０８的指令尋址模式。ＭＣ６８ＨＣ９０８的指令尋址方式包括內(nèi)在尋址方式、立即尋址方式、直接尋址方式、擴(kuò)展尋址方式等。ｎ１關(guān)于指令常量表的設(shè)計(jì)首先監(jiān)控程序中需要建立～‘張指令常量表，用于存放各種類型尋址模式指令的機(jī)器碼與指令助記符對(duì)應(yīng)關(guān)系，指令常量表中記錄的定義如下：ｔｙｐｅｄｅｆ—，ｉｎｓｔｒ—．ｔａｂｌｅｆｃｏｎｓｔｕｎｓｉｇｎｅｄｃｈａｒｃｏｎｓｔｃｏｎｓｔｃｏｄｅｃｈａｒ［４］；ｉｎｓｔｒ＿ｍｏｄｅ；ｏｐｃｏｄｅ；ｕｎｓｉｇｎｅｄｃｈａｒｕｎｓｉｇｎｅｄｃｈａｒ｝ｉｎｓｔｒ＿ｔａｂｌｅ［ＭＡＸＮＵＭＳ］；結(jié)構(gòu)體中字符數(shù)組ｃｏｄｅｃｈａｒ用于存放助記符；參數(shù)ｉｎｓｔｒｍｏｄｅ描述尋址模式；參數(shù)ｏｐｃｏｄｅ用于描述該記錄的指令碼。需要說(shuō)明的是，指令助記符占有４個(gè)字符的位置，因?yàn)椋停茫叮福桑桑茫梗埃傅闹噶畋沓藥讞l特殊指令，助記符都是４個(gè)字符以內(nèi)，而ＪＬ條特殊指令的處理方式也不…樣，所以區(qū)分很容易。描述的助記符如果是３個(gè)字符，那么第４個(gè)字符需要補(bǔ)空格［３７，３８，３９】。對(duì)指令建表的同時(shí)需要將全部指令進(jìn)行分類，特殊指令特殊處理，指令表中重點(diǎn)是尋址模式描述表的定義，尋址模式表如表３．２。表３．２尋址模式描述襲Ｔａｂｌｅ３．２Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｄｄｒｅｓｓｍｏｄｅｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｔａｂｌｅ需要注意的是，這旱的尋址模式描述表中的內(nèi)部定義值都是經(jīng)過(guò)深思熟慮的，而，翻．有一定的技巧性，這種內(nèi)部定義值雖然象宏定義一樣，但是不可隨便更改。下章詳綱介紹反匯編過(guò)程的實(shí)現(xiàn)時(shí)，將會(huì)涉及到為何如此定義內(nèi)部值這個(gè)問(wèn)題。ＭＣ６８ＨＣ９０８指令系統(tǒng)有２７０多條指令，在設(shè)計(jì)指令常量表的時(shí)候，如果每條指令都作為指令常量表的一?條記錄，這就將占有很大一部分資源，因?yàn)楸緛?lái)ＭＣ６８ＨＣ９０８資源就很有限，監(jiān)控程序不應(yīng)該占有過(guò)多的資源，同時(shí)為了運(yùn)行時(shí)提高反匯編ｆｌ勺速度，以及節(jié)省有限的片上Ｆｌａｓｈ資源，對(duì)ＭＣ６８ＨＣ９０８的指令設(shè)計(jì)按照表３．２進(jìn)行規(guī)劃，精簡(jiǎn)的指令常量表要能查詢到每一條指令。對(duì)于數(shù)據(jù)傳送類指令，相同一條指令根據(jù)不同的指令尋址方式，會(huì)派生出幾條指令．東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章監(jiān)控程序的總體設(shè)計(jì)比妍對(duì)于加法ＡＤＤ的描述如表３．３所示。表３．３ＡＤＤ指令描述Ｔａｂｌｅ３．３ＤｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｓｏｆｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＡＤＤ如果指令表不加簡(jiǎn)化直接做表，那么加法指令就會(huì)有８條指令記錄。仔細(xì)研究指令碼字節(jié)將會(huì)發(fā)現(xiàn)【４０Ａ１１，此指令碼字節(jié)的低四位都是一樣的，而高四位是遞增的形式，最大值為￥Ｆ，這樣就可以將這８條加法指令濃縮成一條標(biāo)準(zhǔn)加法指令［４２，４３，４４】。標(biāo)準(zhǔn)加法指令記錄描述如表３．４所示。表３．４ＡＤＤ指令記錄Ｔａｂｌｅ３．４ＲｅｃｏｒｄｏｆｌｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＡＤＤ在仔細(xì)研究ＭＣ６８ＨＣ９０８的指令表后，建立一張簡(jiǎn)易的ＭＣ６８ＨＣ９０８指令常擐表ｉｎｓｔｒ＿ｔａｂｌｅ［］ｌｚＮ１１３．５。在所傲的指令常量表ｉｎｓｔｒｔａｂｌｅ［］，經(jīng)過(guò)精簡(jiǎn)設(shè)計(jì)常爵表只含仃５條指令記錄，每條指令記錄項(xiàng)都描述相同助記符的同類指令，能夠派生出所有的剮類指令（即不同尋址方式）。表３．５ＭＣ６８ＨＣ９０８指令記錄表Ｔａｂｌｅ３，５ＩｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｒｅｃｏｒｄｔａｂｌｅｆｏｒＭＣ６８ＨＣ９０８東北尢學(xué)碩士學(xué)位論文第三章監(jiān)控程序的總體設(shè)計(jì)３’３，５匯編模塊的設(shè)計(jì)匯編模塊主要的功能是從上位機(jī)接收匯編指令語(yǔ)句，匯編模塊將其匯編成：正確的Ｈ標(biāo)代碼№４６鐘ｊ，然后調(diào)用Ｆｌａｓｈ操作子模塊將代碼寫入指定的Ｆｌａｓｈ區(qū)【４８，４９，５０｜。：Ｂ口通信模塊將上位機(jī)的指令語(yǔ)句保存在緩存區(qū)中，然后匯編模塊進(jìn)行語(yǔ)句合法性分析［５ｔ，５２，５３】，將語(yǔ)句匯編成正確的目標(biāo)代碼，然后調(diào)用Ｆｌａｓｈ操作子模塊列目標(biāo)Ｆｌａｓｈ進(jìn)行更改操作［５４，５５，５６】。匯編模塊的操作流程圖如圖３．７所示。⑦固圖３，７匯編模塊流程圖Ｆｉｇ．３．７ＦＩｏｗｃｈａｒｔｏｆａｓｓｅｍｂｌｉｎｇｍｏｄｕｌｅ３．３．６調(diào)試模塊的設(shè)計(jì)為了進(jìn)一步對(duì)程序的運(yùn)行狀態(tài)有所了解，需要對(duì)運(yùn)行中的用戶程序進(jìn)行進(jìn)一步監(jiān)控和調(diào)試。調(diào)試模塊實(shí)現(xiàn)的調(diào)試功能有單步調(diào)試、多步調(diào)試、函數(shù)級(jí)的調(diào)試以及切換運(yùn)行用戶程序。單步、多步以及函數(shù)級(jí)的調(diào)試都是基于斷點(diǎn)模塊的，當(dāng)用戶沒(méi)鼴了斷點(diǎn)并使能以后，斷點(diǎn)模塊和ＣＰＵ并行的執(zhí)行，一旦ＣＰＵ產(chǎn)生的地址和斷點(diǎn)寄存器中的內(nèi)容相同，斷點(diǎn)模塊就會(huì)產(chǎn)生個(gè)中斷信號(hào)（ＢⅪ）Ｔ），使ＣＰＵ在結(jié)束當(dāng)前指令后，將條ＳＷＩ指令裝入東二ＩＬ犬學(xué)碩士學(xué)位論文第三章監(jiān)控程序的總體設(shè)計(jì)內(nèi)部指令寄存器作為下一條指令執(zhí)行，這樣就如同發(fā)生一個(gè)軟中斷一樣，這Ｈ，Ｊ‘就會(huì)調(diào)用中斷處理服務(wù)子程序。為了讓用戶了解當(dāng)前程序運(yùn)行的狀態(tài)，可以借助監(jiān)控程序進(jìn)行一系列的操作，比如查看內(nèi)存的狀態(tài)及寄存器的狀態(tài)，進(jìn)行指令級(jí)的單步調(diào)試等動(dòng)作。而且．用戶在經(jīng)過(guò)查看等動(dòng)作以后，希望繼續(xù)運(yùn)彳亍程序，那么就需要恢復(fù)用戶執(zhí)行代碼的原．｜二下文繼續(xù)執(zhí)行。所有在斷點(diǎn)中斷后進(jìn)入中斷服務(wù)子程序的第一步就是保存用戶程序的各個(gè)寄存器的值（就是保存用戶的上下文環(huán)境）。３－３．７寄存器顯示與修改模塊的設(shè)計(jì)用戶程序的運(yùn)行由于斷點(diǎn)中斷的原因返回到監(jiān)控程序后，可以調(diào)用寄存器操作模塊對(duì)用戶程序各個(gè)寄存器的值進(jìn)行相關(guān)操作。在切換到監(jiān)控程序前，用戶程序的相關(guān)寄存器將會(huì)被壓棧。所以中斷后首先手動(dòng)的保存用戶寄存器的值，這樣進(jìn)入監(jiān)控程序以后，如果需要查看用戶的各個(gè)寄存器值，就可以直接從緩存區(qū)中取出來(lái)進(jìn)行娃示等操作。寄存器操作模塊的功能包括顯示與修改累加器Ａ，狀態(tài)寄存器ＣＣＲ以及地址指針和變址寄存器。該命令很少使用，通常是在單步調(diào)試．或者進(jìn)行函數(shù)級(jí)調(diào)試時(shí)，需要對(duì)寄存器的值進(jìn)行定制。３．４軟件總體流程設(shè)計(jì)每次復(fù)位以后，監(jiān)控程序首先進(jìn)行ＣＧＭ模塊的寄存器設(shè)置，只有幣確的設(shè)置ｒＣＧＭ模塊的各個(gè)寄存器，才能使監(jiān)控程序穩(wěn)定快速的運(yùn)行。然后監(jiān)控程序?qū)z測(cè)用，ｏ復(fù)位向量字節(jié)（￥ＢＦＦＥ．￥ＢＦＦＦ），如果用戶復(fù)位向量不為空，顯示提示信息等待用戶的鍵盤操作，如果在一定的時(shí)間（這里監(jiān)控程序設(shè)置為５由內(nèi)有鍵盤動(dòng)作，則進(jìn)入監(jiān)控程序等待用戶的交互操作；否則取出用戶的復(fù)位向量字節(jié)，跳轉(zhuǎn)到用戶的地址執(zhí)行。如槊用，ｏ的復(fù)位向量為空，則直接進(jìn)入監(jiān)控程序運(yùn)行，輸出信息提示用戶進(jìn)行命令交互．操作的方式以命令加參數(shù)處理方式為主。串口通信模塊實(shí)現(xiàn)與ＰＣ機(jī)串口工具的交互，進(jìn)行命令的接收、解析，調(diào)用相應(yīng)的命令模塊執(zhí)行【５”，監(jiān)控程序設(shè)計(jì)的流程圖如圖３．８所示。東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章監(jiān)控程序的總體設(shè)計(jì)圖３．８監(jiān)控程序的流程圖Ｆｉｇ．３．８Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｍｏｎｉｔｏｒｓ．２２．東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第四章ＭＣ６８ＨＣ９０８ＡＰ６４監(jiān)控程序的實(shí)現(xiàn)第四章ＭＣ６８ＨＣ９０８ＡＰ６４監(jiān)控程序的實(shí)現(xiàn)本章將詳細(xì)介紹以ＭＣ６８ＨＣ９０８ＡＰ６４為目標(biāo)微控制器的監(jiān)控程序的實(shí)現(xiàn)。該監(jiān)控程序需要實(shí)現(xiàn)的主要功能包括：下載功能、擦除功能、匯編和反匯編功能、多種調(diào)試模式（單步、多步調(diào)試）、運(yùn)行狀態(tài)的顯示、資源狀態(tài)的顯示，內(nèi)存和Ｆｌａｓｈ區(qū)域的修改等功能。ＭＣ６８Ｈｃ９０８ＡＰ６４（以下簡(jiǎn)稱ＡＰ６４）是一款價(jià)格低廉，性能優(yōu)越的ＭＣ６８ＨＣ９０８系列的“員，包括６２ＫＢ片內(nèi)Ｆｌａｓｈ程序存儲(chǔ)器，以及２ＫＢ片內(nèi)ＲＡＭ，具有在線編｝Ｉｉｋ．）Ｊ和保密性能，片內(nèi)資源映象如圖４．１所示。Ｉ，ｏ哥存器醫(yī)９６字節(jié)ＲＡＭ———Ｆ面Ｋ一一６２Ｋ字符ＭｏｎｉｔｏｒＲＯＭ２５１２字節(jié)系統(tǒng)寄存器ＭｏｎｉｔｏｔＲｏＭｌ４４７字＝甘掩碼寄存器中斷同景區(qū)４８字節(jié)２Ｋ‘｝節(jié)豳４．１ＭＣ６８ＨＣ９０８ＡＰ６４的片內(nèi)資源映象Ｆｉｇ．４１ＲｅｓｏｕｒｃｅｓｍａｐｐｉｎｇｏｆＭＣ６８ＨＣ９０８ＡＰ６４籌勰慧濺瓣一監(jiān)控程序也是駐留在Ｆｌａｓｈ區(qū)的…段程序，監(jiān)控程序駐留在Ｆｌａｓｈ區(qū)以后，系統(tǒng)的復(fù)位向量以及中斷向量都被監(jiān)控程序所占用。在駐留了監(jiān)控程序以后．微控制器加電復(fù)位仍然會(huì)從默認(rèn)的復(fù)位向量地址（￥Ｈ下Ｅ一￥ＦＦＦＦ）處取得執(zhí)行地址指針，然后跳到復(fù)位向量所指向的地址進(jìn)行執(zhí)行。因?yàn)轳v留了監(jiān)控程序，復(fù)位向量的起始地址就是監(jiān)控程序的起始地址，所以復(fù)位以后就是從監(jiān)控程序的起始地址開始執(zhí)行。完成后的監(jiān)控程序存放在地蛙￥ＣＯＯＯ殲始韻一段ＦｌａｓＥ區(qū)域。駐留了煉控程的ＡＰ６４的系統(tǒng)地址空間的資源分布如圖４．２所示，其他型號(hào)的微控制器在駐留了監(jiān)控程序后內(nèi)部資源布局也基本類似。東北欠學(xué)碩士學(xué)位論文第四章ＭＣ６８ＨＣ９０８ＡＰ６４監(jiān)控程序的實(shí)現(xiàn)￥００００￥００５ＦＩ，ｏ寄存器醫(yī)￥００６００頁(yè)ＲＡＭ山￥００９Ｆ￥００Ａ０１．監(jiān)控程序使用全局變燕區(qū)２．?dāng)?shù)據(jù)緩沖區(qū)ＲＡＭＩ廷￥０２ＢＦ３Ｆｌａｓｈ編程使用區(qū)域￥０２Ｃ０其他Ｉ構(gòu)ＲＡＭ區(qū)￥０８５Ｆ十￥０８６０用戶可以使用的ＦＬＡＳＨ（用戶代碼醫(yī)）用戶中斷向景表４８字節(jié)ＦＬＡＳＨ區(qū)￥ＢＦＦＦ￥Ｃ０００監(jiān)控程序占用ＦＬＡＳＨ約１２ＫＳＦＢＦＦ￥ＦＣＯＯ系統(tǒng)寄存器＆復(fù)位向最表圖４．２駐留了監(jiān)控程序后的ＭＣ６８ＨＣ９０８ＡＰ６４資源圖Ｆｉｇ．４．２ＲｅｓｏｕｒｃｅｓｍａｐｐｉｎｇｏｆＭＣ６８ＨＣ９０８ＡＰ６４ｗｉｔｈｒｅｓｉｄｅｎｔｍｏｎｉｔｏｒｓ４．１ＣＧＭ模塊的初始化Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ的８位微控制器內(nèi)部的時(shí)鐘發(fā)生模塊ＣＧＭ主要電路是鎖相環(huán)ＰＬＬ（ＰｈａｓｅＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ）頻率合成器。為了得到穩(wěn)定性好，精度高的頻率源，通常采用頻率合成技術(shù)。頻率合成技術(shù)主要有兩種：直接頻率合成技術(shù)和間接頻率合成技術(shù)。間接頻率合成技術(shù)是利用鎖相環(huán)技術(shù)來(lái)產(chǎn)生大量的具有高穩(wěn)定度和高精度的頻率源，由于間接頻率合成器的關(guān)鍵部件是鎖相環(huán)，故通常稱為鎖相環(huán)頻率合成器。下面介紹的微控制器內(nèi)滯ＣＧＭ模塊的主要電路就是鎖相環(huán)電路。ＭＣ６８ＨＣ９０８系列微控制器的時(shí)鐘產(chǎn)生模塊ＣＧＭ（ＣｌｏｃｋＧｅｎｅｒａｔｏｒＭｏｄｕｌｅ）的原理基本一致，但是不同型號(hào)仍然有所不同，故不同型號(hào)的微控制器的初始化也稍有不同。ＣＧＭ模塊主要負(fù)責(zé)產(chǎn)生與系統(tǒng)工作相關(guān)的幾個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，如內(nèi)部總線、串行口定日Ｉｊ器接口模塊等的工作時(shí)鐘。針對(duì)不同型號(hào)的微控制器，必須根據(jù)文檔給出的數(shù)據(jù)來(lái)初始化ＣＧＭ各個(gè)寄存器。ＣＧＭ模塊的初始化是加電以后第一步需要設(shè)置的，ＣＧＭ模塊的初始化是否ｆ確對(duì)于微控制器的『Ｆ常工作起著非常重要的作用。初始化的順序也必須嚴(yán)格的根據(jù)Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ公司提供的文檔進(jìn)行，使用Ｆｒｅｅｓｅａｌｅ公司提供的關(guān)于ＡＰ６４ＣＧＭ模塊初始化的數(shù)值表，如表４．１所示來(lái)初始化ＣＧＭ寄存器，這里選擇列表第二行總線頻率為２．４５７６ＭＨｚ為慕準(zhǔn)總線時(shí)鐘。東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第四章ＭＣ６８ＨＣ９０８ＡＰ６４監(jiān)控程序的實(shí)現(xiàn)表４．１ＣＧＭ寄存器初始化數(shù)值表Ｔａｂｌｅ４．１ＮｕｍｅｒｉｃｅｘａｍｐｌｅｏｆＣＧＭｒｅｇｉｓｔｅｒｓｉｎｉｔｉａｌｉｚａｔｉｏｎ４．２Ｆｌａｓｈ操作子模塊的實(shí)現(xiàn)ＡＰ６４有約６２Ｋ字節(jié)的Ｆｌａｓｈ陣≯：！Ｊ（ａｒｒａｙ）可用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)還有４８字節(jié)的用戶中斷向量表，以及…個(gè)字節(jié)的掩碼選項(xiàng)（ｍａｓｋｏｐｔｉｏｎ）寄存器。對(duì)于Ｆｌａｓｈ介質(zhì)來(lái)說(shuō)，被擦除的部分讀出來(lái)是邏輯１，ＡＰ６４的頁(yè)大小是５１２字節(jié)，也是最小能夠被擦除的單位。４．２．１ＡＰ６４的Ｆｌａｓｈ塊保護(hù)寄存器Ｆｌａｓｈ塊保護(hù)寄存器（ＦｌａｓｈＢｌｏｃｋＰｒｏｔｅｃｔＲｅｇｉｓｔｅｒ）本身也是一個(gè)Ｆｌａｓｈ字節(jié)。它的內(nèi)容設(shè)定Ｆｌａｓｈ保護(hù)區(qū)域的起始地址的［１５：９催Ｅ，保護(hù)區(qū)域的起始地址的低９位（位８－－０）始終為０。Ｆｌａｓｈ塊保護(hù)寄存器可以設(shè)定被保護(hù)的Ｆｌａｓｈ區(qū)域，當(dāng)Ｆｌａｓｈ處于保護(hù)狀態(tài)時(shí)，擦除和寫入操作都是受限制的，Ｆｌａｓｈ控制寄存器的ＨＶＥＮ位將無(wú)法被正常罱位。Ｆｌａｓｈ塊保護(hù)寄存器設(shè)定的只是保護(hù)區(qū)域的起始地址，保護(hù)區(qū)域的結(jié)束地址始終為Ｆｌａｓｈ存儲(chǔ)區(qū)的結(jié)束地址（￥ＦＦＦＦｌ。Ｆｌａｓｈ保護(hù)起始地址將是Ｘ０００、Ｘ２００、Ｘ４００等，都是從頁(yè)的起始邊界開始。ＡＰ６４的ＦＬＢＰＲ的值為￥００．￥０７的時(shí)候，整個(gè)Ｆｌａｓｈ存儲(chǔ)區(qū)都是受到保護(hù)的，其它型號(hào)的８位微控制器如ＭＣ６８ＨＣ９０８ＧＰ３２（簡(jiǎn)稱ＧＰ３２），當(dāng)其ＦＬＢＰＲ的存儲(chǔ)內(nèi)容為￥００的時(shí)候，整個(gè)Ｆｌａｓｈ存儲(chǔ)區(qū)都受到保護(hù)。ＡＰ６４的ＦＬＢＰＲ的值如表４＿２所示，并非每個(gè)值都是表示一塊受保護(hù)的區(qū)域。ＦＬＢＰＲ的值為￥０Ａ或ＳＯＢ時(shí)，受保護(hù)的區(qū)域都是￥ＯＡ００，ＳＦＦＦＦ：如果ＦＬＢＰＲ的內(nèi)容為ＳＦＦ，則整個(gè)Ｆｌａｓｈ存儲(chǔ)區(qū)都可以被擦除或?qū)懭搿|北大學(xué)碩士學(xué)位論文第四章ＭＣ６８ＨＣ９０８ＡＰ６４監(jiān)控程序的實(shí)現(xiàn)表４．２ＭＣ６８ＨＣ９０８ＡＰ６４Ｆｌａｓｈ塊保護(hù)寄存器設(shè)裁Ｔａｂｌｅ４．２ＳｅｔｔｉｎｇｏｆＭＣ６８ＨＣ９０８ＡＰ６４ＦｌａｓｈｂｌｏｃｋｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎＦＬＢＰＲ內(nèi)容￥００～￥０７受保護(hù)的Ｆｌａｓｈ區(qū)域整個(gè)區(qū)域受保護(hù)￥０８００～￥ＦＦＦＦ（整個(gè)Ｆｌａｓｈ區(qū)域）ＳＯＡ００－－￥ＦＦＦＦ￥ＯＣＯＯ～￥ＦＦＦＦ￥０８或￥０９￥ＯＡ或ＳＯＢ￥０Ｃ或ＳＯＤ￥ＦＡ或￥ＦＢ￥ＦＦ￥ＦＡ００４ＳＦＦＦＦ整個(gè)Ｆｌａｓｈ區(qū)域都不被保護(hù)Ｆｌａｓｈ存儲(chǔ)器在片內(nèi)是以頁(yè)（Ｐａｇｅ）和行（Ｒｏｗ）為單位組織的。頁(yè)和行的大?。ㄗ止?jié)數(shù)）隨整個(gè)Ｆｌａｓｈ存儲(chǔ)器的大小變化而變化。ＡＰ６４每頁(yè)的大小為５１２字節(jié)，每行的大小為６４字節(jié)。對(duì)于ＡＰ６４來(lái)說(shuō)，對(duì)Ｆｌａｓｈ存儲(chǔ)器的擦除操作可以進(jìn)行整體擦除也可以僅擦除某一起始地址開始的一頁(yè)（５１２字節(jié)）。也就是說(shuō)不能僅擦除某一字節(jié)或一次擦除小于５１２字節(jié)。注意這一特點(diǎn)，在數(shù)據(jù)安排時(shí)尤為重要，不能因?yàn)樾枰脸稠?yè)中的部分?jǐn)?shù)掘，就直接擦除該頁(yè)，那樣剩余的數(shù)據(jù)也將丟失。所以需要將該頁(yè)中不需要擦除的數(shù)據(jù)首先進(jìn)行保存，然后在擦除Ｆｌａｓｈ頁(yè)后再重新將緩存頁(yè)寫回。寫入操作以行（６４字節(jié)）基礎(chǔ)，‘次連續(xù)寫入數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)只能在一行之內(nèi)。當(dāng)然，不經(jīng)過(guò)擦除的區(qū)域，不能進(jìn)行寫入，這一點(diǎn)需特別注意。而且，因?yàn)椋停茫叮福龋茫梗埃赶盗械奈⒖刂破髌瑑?nèi)集成電荷泵，可由單一工作電壓在，ｉ內(nèi)產(chǎn)生出編程電壓。同時(shí)在Ｆｌａｓｈ的擦除，燒寫等操作的時(shí)候，加在Ｆｌａｓｈ介質(zhì)上的電壓要高于正常電壓，這個(gè)時(shí)候的Ｆｌａｓｈ區(qū)代碼是不可執(zhí)行的，所以必須將擦除，寫入等子程序代碼轉(zhuǎn)移到ＲＡＭ區(qū)執(zhí)行如圖４１３所示。因?yàn)椋疲欤幔螅杞橘|(zhì)操作對(duì)時(shí)序的要求很嚴(yán)格，故編寫Ｆｌａｓｈ操作予程序代碼的時(shí)候，需要使用匯編語(yǔ)言嚴(yán)格的按照數(shù)據(jù)手冊(cè)里面的要求按步驟進(jìn)行。在對(duì)Ｆｌａｓｈ介質(zhì)操作的時(shí)候，不僅要把攘除代碼以及寫入代碼移動(dòng)到到ＲＡＭ中執(zhí)行，而且在編寫操作子程序代碼的時(shí)候，必須精確計(jì)算生成后目標(biāo)代碼的字節(jié)數(shù)，ＲＡＭ中要實(shí)現(xiàn)頸留一定的代碼緩沖區(qū)給Ｆｌａｓｈ擦除和寫入執(zhí)行代碼。上層模塊調(diào)用Ｆｌａｓｈ操作接口函數(shù)的時(shí)候，首先要將參數(shù)設(shè)置好，然后調(diào)用Ｆｌａｓｈ接口函數(shù)。Ｆｌａｓｈ接口函數(shù)的操作包括了將Ｆｌａｓｈ擦除或者寫入代碼首先移動(dòng)到ＲＡＭ區(qū)代碼緩沖區(qū)中，然后跳到ＲＡＭ區(qū)的代碼緩沖區(qū)執(zhí)行Ｆｌａｓｈ操作等步驟。因?yàn)樵趯?duì)Ｆｌａｓｈ操作的過(guò)程中，內(nèi)置的電荷泵（ｃｈａｒｇｅｐｕｍｐ）對(duì)Ｆｌａｓｈ介質(zhì)加了高于正常值的電壓，所以在Ｆｌａｓｈ操作成功返回以前，對(duì)Ｆｌａｓｈ區(qū)域的任何其他的讀寫操作都是不穩(wěn)定的，向疆可能產(chǎn)生不可預(yù)知的錯(cuò)誤。東北太學(xué)碩士學(xué)位論文第四章ＭＣ６８ＨＣ９０８ＡＰ６４監(jiān)控程序的買現(xiàn)Ｉ／０寄存器部分，吖＼Ｅ?。粒樱榷顺aＦＬＡＳＨ寫入代碼０ＲＡ１］Ｊ圖４．３監(jiān)控代碼ＦＬＡＳＨ攘除代碼ＦＬＡＳＨ寫入代碼監(jiān)控代碼復(fù)位向最ＦＬ，ＪＦｌａｓｈ操作代碼移動(dòng)示意蚓Ｆｉｇ．４．３ＣｏｄｅｓｍｏｖｉｎｇｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｏｆＦｌａｓｈｏｐｅｒａｔｉｎｇ４．２．２ＡＰ６４的內(nèi)駐程序ＡＰ６４微控制器內(nèi)駐了功能較強(qiáng)的內(nèi)駐程序。這些內(nèi)駐程序最主要的功能是用來(lái)對(duì)Ｆｌａｓｈ進(jìn)行操作管理。ＡＰ６４提供了７個(gè)內(nèi)駐程序接口，其中的５個(gè)內(nèi)駐接口就是為＿：ｒ簡(jiǎn)化Ｆｌａｓｈ編程、擦除、下載等操作。其它的兩個(gè)內(nèi)駐程序接口主要是用來(lái)管理ＥＥＰＲＯＭ。ＡＰ６４提供的內(nèi)駐程序接口如表４＿３所示。表４．３內(nèi)駐程序表Ｔａｂｌｅ４．３Ｓｉｍｐｌｅｒｅｓｉｄｅｎｔｍｏｎｉｔｏｒｓｔａｂｌｅ，這些內(nèi)駐程序參數(shù)安排如圖４．４所示，可以用來(lái)當(dāng)作獨(dú)立的子程序調(diào)用，也可以和用戶程序或者監(jiān)控模式下使用，這樣就簡(jiǎn)化了對(duì)Ｆｌａｓｈ的操作。在這些內(nèi)駐程序被執(zhí)行的時(shí)候，不額外占用ＲＡＭ空間．運(yùn)行時(shí)是以自動(dòng)擴(kuò)展系統(tǒng)堆棧為手段，Ｊ＿ｉｆｉ影日向其他的東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第四章ＭＣ６８ＨＣ９０８ＡＰ６４監(jiān)控程序的實(shí)現(xiàn)ＲＡＭ區(qū)的數(shù)據(jù)。內(nèi)駐程序的參數(shù)是在ＲＡＭ中連續(xù)放置的，包括總線頻率、數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)、Ｆｌａｓｈ地址以及數(shù)據(jù)。ＦＩＬＥ圖４．４內(nèi)駐程序接口Ｆｉｇ．４．４Ｒｅｓｉｄｅｎｔｍｏｎｉｔｏｒｓｉｎｔｅｒｆａｃｅ?總線速度：該字節(jié)描述微控制器操作的總線速度。該字節(jié)的值必須是４倍的總線速度。該控制字節(jié)主要用于Ｆｌａｓｈ內(nèi)駐程序操作的時(shí)候與ＰＬＬ鎖相環(huán)（ＰＬＬｃｌｏｃｋ）與晶體時(shí)鐘切換（ｃｒｙｓｔａｌｃｌｏｃｋ）。●數(shù)據(jù)大?。涸撟止?jié)描述后面的數(shù)據(jù)陣剜中的可操作字節(jié)數(shù)。最大的字節(jié)數(shù)是２５５。ＥＥＷＲＩＴＥ和ＥＥＲＥＡＤ被限制操作從８字節(jié)到１２７字節(jié)之間。因?yàn)椋牛遥粒遥危牵藕停停希危牛遥粒遥危牵挪恍枰獢?shù)據(jù)陣列，所以該字節(jié)無(wú)意義。●開始地址：這兩個(gè)字節(jié)（ＡＤＤＲＨ和ＡＤＤＲＬ）描述Ｆｌａｓｈ操作區(qū)的起始操作地址，高地址后蘧跟著低字節(jié)。?數(shù)據(jù)陣列：該數(shù)據(jù)陣列包含操作的數(shù)據(jù)數(shù)組。這樣根據(jù)此參數(shù)順序以及內(nèi)駐調(diào)用的具體接口，就可以實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)Ｆ載進(jìn)Ｆｌａｓｈ，擦除等操作。４．３反匯編模塊的實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了基本的顯示、下載、擦除功能后，如果加上一些調(diào)試操作比如匯編與反匯編的功能，將使得借助監(jiān)控程序進(jìn)行調(diào)試更加方便。雖然監(jiān)控程序只要實(shí)現(xiàn)基本功能就可以使用，但是如果實(shí)現(xiàn)了匯編與反匯編功能，可以進(jìn)行代碼的顯示查看、調(diào)試、指令的匯編使監(jiān)控程序達(dá)到更好的效果。在設(shè)計(jì)部分已經(jīng)對(duì)ＭＣ６８ＨＣ９０８指令表的設(shè)計(jì)做了詳細(xì)介紹，這里就詳細(xì)如何實(shí)現(xiàn)反匯編功能，即把指定地址的目標(biāo)代碼反匯編成用戶可以閱讀的匯編語(yǔ)苦形式。對(duì)于反匯編模塊，定義如下一個(gè)結(jié)構(gòu)體：ｔｙｐｅｄｅｆｓｔｒｕｃｔ—Ｄｉｓｓｔｒｕｃｔ｛ＢＹＴＥ４ＤｉｓＡｓｓｅｍｂｅｒＡｄｄｒＢｅｇｉｎ；ＢＹＴＥ＋ＤｉｓＡｓｓｅｍｂｅｒＡｄｄｒＮｅｘｔ；ＢＹＴＥＢＹＴＥＢＹＴＥＣｏｄｅＦｌａｇ；ＡｄｄｒＭｏｄｅ；Ｃｏｄｅ［４】；ＢＹＴＥ＋ＣｏｄｅＤｉｃｔｉｏｎａｒｙＡｄｄｒ；ＢＹＴＥ＋ＲｅｌＡｄｄｒ；ＢＹＴＥＢＯＯＬＢＯＯＬＩｎｓｔｒＢｙｔｅｓ；ＤｉｓＡｓｓｅｍｂｌｅｄＣｏｍｐｌｅｔｅ；ＩｓＳｅｑｕｅｎｃｅｌｎｓｔｒｕ；｝ＤＩＳＳＴＲＵＣＴ；參數(shù)ＤｉｓＡｓｓｅｍｂｅｒＡｄｄｒＢｅｇｉｎ描述反匯編的開始地址；參數(shù)ＤｉｓＡｓｓｅｍｂｅｒＡｄｄｒＮｅｘｔ描述下一條指令的首地址；參數(shù)ＣｏｄｅＦｌａｇ描述指令碼字節(jié)數(shù)：參數(shù)ＡｄｄｒＭｏｄｅ描述尋±ｌ｝模式；參數(shù)Ｃｏｄｅ描述指令字節(jié)碼：參數(shù)ＣｏｄｅＤｉｃｔｉｏｎａｒｙＡｄｄｒ描述本指令在指令常量表中的偏移；參數(shù)ＲｅｌＡｄｄｒ描述指令是否跳轉(zhuǎn)指令；參數(shù)ＩｎｓｔｒＢｙｔｅｓ描述本條指令的字節(jié)數(shù)；參數(shù)ＤｉｓＡｓｓｅｍｂｌｅｄＣｏｍｐｌｅｔｅ描述本條指令反匯編是否完成；參數(shù)ＩｓＳｅｑｕｅｎｃｅｌｎｓｔｒｕ描述本條指令是否是順序執(zhí)行指令。根據(jù)介紹的指令常量表，每條指令（這里指相同助記符的同類指令）在指令常援表ｒ１【都占有一條記錄的位置。ＭＣ６８ＨＣ９０８的指令系統(tǒng)操作碼大部分都是一個(gè)字節(jié)，使用了除０ｘ３２、０ｘ３Ｅ、０ｘ８２、０ｘ８Ｄ、０ｘ９６、０ｘＡＣ外的所有情況。反匯編模塊的流程圖如圖４．５所示。考慮從￥８０００開始的目標(biāo)代碼如下：ＯＲＧ￥８０００ＭＡＩＮ：ＭＯＶ≠｝￥３３，￥５０ＡＤＤ￥５０ＳＴＡ￥９０ＳＴＡ．Ｘ這幾條指令在匯編后生成的目標(biāo)字節(jié)碼如下：６Ｅ３３５０ＢＢ５０８７９０Ｆ７。使用一個(gè)匯編指令與目標(biāo)代碼對(duì)照表將更直觀，如表４．４所示。’＜垂匪哥ｉ至蔓＞Ｙ…～１■一，再般一個(gè)字符的數(shù)據(jù)＜邐ｉ彗至至二二，警竺堡塑堅(jiān)｝Ｎ《靜胗趣塑墮｝＿《蔓爹—叫誡謠麗麗］－＜逅亙；塞蔓圣Ｅ＞叫ＤＢＮｚ糞指令處理Ｉ０－?＜二瑩字耍＞Ｊ叫保存尋址模式，行地勻卜一＜《鑾＞叫耐碼筆?。狈醮耄龔S《畛最示ｑ爰?jí)貥I(yè)一話蒿囂利卜＜蔣≥叫措鎰淼和卜卜＜］匿垂亙至￡：＞二ｑＩｘ尋址模式處理－數(shù)據(jù)ＩＩ保存尋址８嬖，行地址Ｉ＜逐?。嚎瘤潭酒剩欤?，ｓＰ】尋址模式處理｝’＜受鐾壹?。椋辏欤海究桑?，ｓＰ２尋址模式處理ｌ－＜］囊至亟變囪；＞刊ＥｘＴ尋址模式處理ｆ＜二逝垂ｉ互亙Ｅ：＞刊ｔｎＤＩＲ尋劃．模式處理ｃ：ｊ４垂魚耍孽ｉ＝—剖ｌＭＭ尋址模武處理｛。：?。辏?。．Ｙ－?’——‘＝～一一ｈ……。?！?。，。１節(jié)指令處理處理＜二Ⅱ而一葡兩∑，—?jiǎng)澫镯修D(zhuǎn)移類指傾理卜圈４．５反匯編模塊的流程圖Ｆｉｇ．４．５Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｄｉｓａｓｓｅｍｂｌｉｎｇｍｏｄｕｌｅ．３０．東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第四章ＭＣ６８ＨＣ９０８ＡＰ６４監(jiān)控程序的實(shí)現(xiàn)表４．４指令和代碼的對(duì)照表Ｔａｂｌｅ４．４Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓｏｆｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓａｎｄｍａｃｈｉｎｅ．ｃｏｄｅｓ這罩只考慮如何進(jìn)行反匯編，所以這幾條指令后面的部分暫時(shí)不予考慮。因?yàn)檫@段代碼是從物理地址￥８０００開始存放的。所以在反匯編的開始，用戶選擇反匯編的起始地址是第一步操作，比如在調(diào)試模式下，用戶需要調(diào)用單步反匯編功能模塊，那么就必須選擇反匯編的起始地址，這里選擇起始地址￥８０００。根據(jù)上面的流程圖，反匯編模塊首先從起始地址處，這罩是物理地電１：￥８０００取得一一個(gè)字節(jié)，反匯編的開始應(yīng)該確定這是一條合法指令的操作碼的起始。上面生成的目標(biāo)碼都是十六進(jìn)制的，每?jī)蓚€(gè)字符為一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)，比如前兩個(gè)字符６Ｅ就是一卜六進(jìn)制數(shù)￥６Ｅ，這是一條ＭＯＶ指令的操作碼，根據(jù)ＭＣ６８ＨＣ９０８的指令系統(tǒng)可以得知，該指令匯編后一共占有３個(gè)字節(jié)。在取得一個(gè)字節(jié)后，首先要做的就是判斷這是否是數(shù)據(jù)字節(jié)，雖然絕大多數(shù)情況下，浚字節(jié)都是一條合法指令的操作碼，因?yàn)槿绻撟止?jié)是字節(jié)數(shù)據(jù)的話，那么從該地址”始執(zhí)行指令，將會(huì)導(dǎo)致非法指令碼錯(cuò)誤引起系統(tǒng)復(fù)位。比如如果用戶選擇從￥８００１開始反匯編，這樣取得的字節(jié)就是￥３３，如果繼續(xù)反匯編就可能生成其他錯(cuò)誤的指令。ＭＣ６８ＨＣ９０８的指令系統(tǒng)編碼（一個(gè)字節(jié)）使用了除０ｘ３２、０ｘ３Ｅ、０ｘ８２、０ｘ８Ｄ、０ｘ９６、０ｘＡＣ外的所有情況。當(dāng)然，對(duì)于堆棧相關(guān)操作，使用了兩個(gè)字節(jié)的指令操作碼，但是這種兩個(gè)字節(jié)的指令操作碼都是以￥９Ｅ為開始的。所有ＭＣ６８ＨＣ９０８的指令系統(tǒng)，完仝?ｔ『以認(rèn)為指令操作碼為一個(gè)字節(jié)。在進(jìn)行是否常量字節(jié)判斷后，可以確定這是合法的指令操作碼作碼，故繼續(xù)進(jìn)行確定是那種類型的指令操作。需要”皂明的是，在ＭＣ６８Ｈｃ９０８指令系統(tǒng)中有幾條特殊的指令格式是不按照常理進(jìn)行設(shè)置的，一條是比較相等轉(zhuǎn)移指令ＣＢＥ