基于USB的ARM仿真器的研究与设计

1、基于usb的arm仿真器的研究与设计基于jtag器的调试是目前开发中采纳最多的一种方式。大多数arm设计采纳了片上jtag接口，并将其作为测试、调试办法的重要组成。jtag仿真器通过arm芯片的jtag边界扫描口与arm cpu核通信，实现了彻低非插入式调试，不用法片上资源，不需要目标存储器，不占用目标系统的任何端口。因为jtag调试的目标程序是在目标板上执行，使得仿真越发临近于目标硬件。目前针对系统开发的调试工具品种繁多，如arm公司的axd debugger软件与mutil-ice仿真器等。但是大部分嵌入式调试工具价格过高，因此设计实现一种速度快、性能稳定、价格低廉、易于实现的arm调试工

2、具是非常须要的。1 arm jtag调试原理arm典型的调试系统结构1所示。调试系统包括调试主机、仿真器和调试目标。调试主机是一台运行调试软件(例如ads)的计算机。调试主机可以发出高层的调试指令，例如设置断点、拜访内存等。仿真器用来将调试主机发出的高层调试指令转换为底层的arm jtag调试指令。由于目标机无法识别调试主机发送来的高级指令，因此就需要仿真器将调试主机发出的高层调试指令转换为底层的arm jtag调试指令。在囫囵调试系统中起到重要的作用，其性能也打算了囫囵调试系统性能。2 计划设计本文提出了一种采纳philips公司的arm7芯片lpc2148设计，具有2.0通信方式、高速稳定

3、的arm仿真器实现计划，2所示。守护进程接收从ide集成开发环境发送来的调试指令，将其通过usb转发到arm仿真器，arm仿真器再将调试指令转换成jtag格式的信号并发送到i/o口，从而控制调试目标执行特定的操作，达到调试的目的。同理，从调试目标返回的数据，先经过arm仿真器的译码，再经过守护进程返回到ide开发环境，从而形成一个完整的调试系统。3 硬件设计本设计的最大特点是采纳了lpc2148作为主控芯片。该芯片内部集成了arm7tdmi-s微控制器和彻低兼容usb2.0的设备控制器，支持32个物理(16个规律)端点；支持控制、批量、中断和同步端点；全部端点都有一个双向的dma通道。由于芯片

4、内部集成了usb控制器，大大降低了电路板的设计难度和开发成本。其硬件电路框图3所示。(1)本机jtag调试电路为了便于调试和烧写程序，将芯片lpc2148的jtag接口接到一个20引脚的标准jtag插口。本设计中用法引脚p0.8、p0.9、p0.10、p0.12、p0.14作为外部jtag接口，尽量不用有其他接口功能的引脚，如p0.11、p0.14接口与i2c接口scl1、sda1功能复用，以便于未来的硬件升级。为了增加带负载能力，用法一片74hc244芯片，同时为了尽量兼容大部分arm开发板上的不同jtag插口，本设计提供了一个20引脚的jtag插口和一个14引脚的jtag插口。(2)usb

5、电路(包括供电电路)usb接口电路4所示。为了使lpc2148的软件可以更灵便地控制usb设备与主机之间的衔接，本接口电路用法p0.31(只能用法该引脚)来实现softconnect特性。当p0.31输出低电平常，d+线通过上拉到vdd3.3，通知usb主机：usb设备与其建立衔接；当p0.31输出高电平常，d+线断开与vdd3.3的衔接，通知usb主机：usb设备已经断开与usb主机的衔接。q1选用的是p沟道mos管，而不选用一般的pnp，由于mos管是驱动型，驱动几乎为0；而一般的pnp三极管是电流驱动，需要一定的驱动电流。导通时，p0.31_p17有可能被拉低，lpc2148要求该引脚在

6、复位引脚为低电平期间不能被拉低，否则jtag口将被禁止，因此必需选用p沟道的mos管。lpc2148的p0.23引脚为usb设备控制器，用于检测usb总线是否插入检测引脚。4 仿真器固件程序设计仿真器lpc2148芯片中的固件程序实现的功能包括：通过usb与上位机软件举行通信，并将上位机发送过来的、经过封装的usb数据流转换为jtag信号，并终于送到相应的引脚或者将相应引脚的数据经过封装后，通过usb传送到pc机中。图5为应用程序的流程图。主函数首先将作为jtag接口用法的5个引脚设置成相应属性，并完成usb设备初始化，配置中断向量、开中断，然后进入无限循环函数。无限循环函数首先处理usb大事

7、，如usb控制传输、usb总线复位等。然后推断标记位是否收到数据，假如未收到则继续执行无限循环；假如收到了数据，则将数据从端点缓冲区读出，再交给数据处理函数处理。数据处理函数根据上位机程序对数据封装方式举行解析，按照解析的指令(读取tdi、写tms或tdo等)，通过分支处理跳到相应的处理函数。在这个过程中假如上位机要读取调试目标数据，可将相应的值按同样格式举行封装，然后通过usb发送到上位机。数据封装格式6所示。定义的指令码如下：define unkown_command 0x00 /未知命令define port_direction 0x01 /设置端口方向为输入或输出define port

8、_set 0x02 /将jtag端口的引脚都设为高电平define port_get 0x03 /读jtag端口的引脚数据define port_setbit 0x04 /设置jtag端口的某一位为1，由data0中数据打算设置的详细位数define port_getbit 0x05 /读取jtag端口的某一位为1，由data0中数据打算读取的详细位数define write_tdi 0x06 /写tdi信号指令define read_tdo 0x07 /读tdo信号指令define write_and_read 0x08 /读写命令，对tdi写一位，对tdo一位define write_tms 0x09 /写tms信号指令define write_tms_chain 0x0a /写tms扫描链指令本仿真