八月 6, 2008

用下载电缆实现AT89S5X的ISP编程

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本文转载自:http://www.infomcu.com/Program/20071007/455_2.html

 

摘要:下载电缆被广泛应用于电子系统设计与调试过程中。本文介绍它的基本原理和编程控制方法;针对目前单片机的 ISP串行编程模式列举实例,简要介绍AT89S5X的串行编程的方法和部分协议,使用VC编程,应用下载电缆实现对AT89S5X系列单片机的ISP编程;文末提出统一下载电缆硬件或软件的设想,并提供可以下载支持多种单片机ISP编程软件的网址。

关键词:下载电缆 串行编程 AT89S5X ISP

引言

  随着电子技术的日益发展,芯片的规模越来越大,封装日趋小型化,相应的对系统板级调试困难也在加大。IEEE制定了标准测试端口与边界扫描的标准IEEE std 1149.1,这就是JTAG接口协议。JTAG接口通过TCK、TDI、TDO、TMS四根信号线,以串行模式为系统提供了对复杂芯片的各引脚连通性测试,进步还能实现对可编程芯片的配置与处理器芯片的调试等等。下载电缆就是一种使用计算机的并行端口通过软件的仿零点实现JTAG接口协议,访问可编程芯片的廉价工具。本文使用的下载电缆是Altera公司为其可编程逻辑器件开发的ByteBlasterMV电缆。ISP(在系统可编程的简称)是最先由 Lattice公司提出的一种技术,是通过同步串行方式实现对其可编程逻辑器件的重配置。ISP与JTAG的接口协议很相像,只是后者形成了标准。ISP现在已经成为一种概念,它的提出改变了传统硬件系统开发的流程,大大方便了开发者,加快了开发速度。现在大多数的可编程器件(FPGA、CPLD、DSP、MCU……)都支持ISP特性。单片机也不例外,Atmel公司推出的AT89S系列51单片机也符合ISP特性。
 
1 下载电缆的硬件

  要实现JTAG接口协议可以使用专用的IC,如74LVT8980、74LVT8990,它与MCU配合可以提供高速的JTAG串行访问,成本较高。下载电缆则是实现JTAG接口协议的廉价方案。它仅命名用74HC244做线路驱动,由计算机的并行端口引出I/O作为TCK、TDI、TDO、TMS等信号线。由于并口在SPP模式下共有3个端口——数据输出端口、控制输出端口、状态输入端口,各种下载电缆究竟从那个端口引出JTAG信号线几乎都不相同,图1、图2是两种下载电缆的原理图。

并口简介:

  计算机的并行端口工作在SPP模式下,对它的控制是通过数据输出端口、控制输出端口、状态输入端口来实现的。

  并行口有25个引脚,其中包括8位数据线、5位状态线、4位控制线。

  数据端口(378H):D0~D7用于数据输出。

  状态端口(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设置;*表示此引脚有反向器)

  表1为并行端口定义。对应原理图有:

  Altera的下载电缆

  TCK、TDI、TMS、TDO分别对应D0、D6、D1、*S7;

  Atmel的电缆

  TCK、TDI、TMS、TDO分别对应*C0、D0、*C3、S6。

  表1 并行端口定义表

引脚号 名   称 数据位
1 nStrobe *C0
2 D0 D0
3 D1 D1
4 D2 D2
5 D3 D3
6 D4 D4
7 D5 D5
8 D6 D6
9 D7 D7
10 nAck S6
11 Busy *S7
12 PE S5
13 Select S4
14 Auto Feed *C1
15 nError S3
16 nInit C2
17 nSelin *C3
18~25 GND GND

2 下载电缆的编程方法

  用计算机控制下载电缆实现JTAG协议,就是对并口3个I/O端口的读写操作,用0-1的变化来模拟JTAG时序。在Win98和Win2000环境下读写I/O,需要驱动程序。本文使用DriverLINX Port I/O Driver(可以从WWW.sstnet.com下载)来实现I/O端口访问。安装DLPORTIO以后,通过调用DLPORTIO.DLL动态连接库中的

  UCHAR DLPORT_API D1PortRead PortUchar(IN ULONG Port);

    VOID DLPORT_API D1PortWrite PortUchar(IN ULONG Port,IN UCHAR Value);两个函数就可以访问位于378H、379H、37AH(这是缺省的LPT1设置)的3个并口I/O端口。程序段1实现了对Altera下载电缆的一次电平赋值:

  程序段1

  Altera下载电缆电平赋值函数

  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;

  }

  通过以上程序依次改变JTAG各接口I/O的电平状态,模拟JTAG协议的时序,就可以访问支持JTAG标准的各种芯片。

3 ISP协议的解析与实现

  对AT89S5X系列单片机ISP编程不使用JTAG协议,而使用SPI同步串行接口协议,如图3所示。

  针针这种8位SPI接口协议,我们使用数组来模拟时序:

  时钟信号固定为unsigned char sck[19]={0,0,1,0,1,0,1,0,1,0,10,1,0,1,0,1,0,1,0,0};

  输出的数据信号由程序实现情况自动生成数组unsigned char mosi[19];

  输入的数据根据读入的信号生成数组unsigned char miso[19];

  再调用上文的Setbit()函数,依次发送19位的JTAG接口I/O状态,同时读入返回信号,即完成一次对AT89S5X芯片的SPI单字节访问。

  在单字节访问基础上,参考Atmel公司的AT89S5X数据手册的串行编程指令表中的指令格式,就可以实现ISP了。

  表2为AT89S51串行编程指令表。

  表2 AT89S51串行编程指令集

指  令 指  令  模  式 说  明
第1字节 第2字节 第3字节 第4字节
编程使能 10101100 01010011 XXXXXXXX XXXXXXXX 使能串行编程
芯片擦除 10101100 100XXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX 擦除程序存储顺
读程序字节 00100000 XXXXA11~A8 A7~A0 D7~D0 字节模式读程序
写程序字节 01000000 XXXXA11~A8 A7~A0 D7~D0 字节模式写程序
写保护位 10101100 111000B1B2 XXXXXXXX XXXXXXXX 写保护位
读保护位 00100100 XXXXXXXX XXXXXXXX XXLB3~LB1XX 读当前保护位
读标志字节 00101000 XXXA5~A1 A0XXXXXX 标志数据 读取标志数据
读程序页 00110000 XXXXA11~A8 数据0 数据1…255 页模式读程序
写程序写 01010000 XXXXA11~A8 数据0 数据1…255 页模式写程序

 注:①串行编程要在RST端接高电平情况下实现;②X表示此位关心;③A11~A0是要访问字节地址;④D7~D0是读写的数据;⑤B1、B2是保护位;⑥LB3~LB1表示3种状态。

  针对AT89S51单片机,其标志字节为:(00H)1EH、(02H)51H、(04)06H.

  程序段2将得到AT89S51单片机的标志字节。(其中SPIcomm()为SPI单字节访问函数)。

  程序段2

  获得AT89S51单片机标志字节的程序段

  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;

  }

  图4是AT89S51进行串行编程时的硬件原理图。

4 小结

  下载电缆为我们提供了深入芯片内部的触手。通过JTAG标准协议,我们可以用下载电缆检查芯片焊接连通性、重新配置可编程器件、下载程序固件以及调试处理器的运行。

  小到8位单片机AT89S5X、AVR的串行编程,可编程器件MAX7000的配置;大到32位嵌入式处理器的调试,上万门FPGA芯片的配置都可以见到下载电缆的身影。例如,ARM使用下载电缆的JTAG仿真可以通过EmbeddedICE接口实现对ARM的开发调试,或者使用ARM的边界扫描特性为嵌入式系统板下载启动程序等等。

  目前下载电缆的使用越来越多,各个厂商分别推出了自已的符合JTAG标准的芯片或者是使用ISP技术的新产品。与此同时,下载电缆的种类也非常多,大多数的区别仅在于并口信号与JTAG信号的对应关系不同。往往有时候开发一个产品,要用到很多种不同的电缆。我们希望可以使用一种标准的下载电缆来实现所有JTAG应用;或者是通过一个计算机程序可以通过配置文件来使用各种下载电缆。在我们的BLMVISP软件中,就支持了现有的两种电缆。

  使用ISP技术可以大大加快硬件开发速度。下载电缆与计算机软件的配合使用也可以降低开发成本,非常适合个人爱好者与初学者使用。

  有兴趣的读者可以下载BLMVISP演示版的VC源程序压缩包(demo_blmvisp.zip),以便参考;也可以访问:http://51kaifa.nease.net或者email:blmv@eyou.com。

 

Category : ARMMCU嵌入式开发

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