飞思卡尔8位单片机MC9S081508系列MCU编程器开发

第十六章

08系列MCU编程器的开发主要内容

编程器技术基础

HC08系列MCU编程器的实现方法

HC08系列MCU编程器实例HCS08系列MCU编程器原理《嵌入式应用技术基础教程》课件116.1编程器技术基础在线编程系统是有用户程序驻留在MCU中，在这些用户程序的支持下，向MCU中写入程序，其实质是一种用户模式下的写Flash操作，这种方法对嵌入式系统的开发和调试带来极大方便。

编程器是向MCU中写入程序，写入的结果是FLASH中仅有当前写入的用户程序，而不包含其他的用户程序。《嵌入式应用技术基础教程》课件216.1.1HC08系列MCU的监控模式

HC08系列MCU可以工作在两种模式：用户模式和监控模式。用户模式是MCU上电复位后，转向复位矢量所指向的地址，执行Flash中的用户程序。监控模式是MCU在上电复位后，执行监控ROM中的程序。当复位矢量为“空”($FF)时，MCU会自动进入监控模式；当复位矢量不空时，MCU需要一定的条件才可以进入监控模式。下表列举了MC68HC908GP32进入监控模式的不同方式及各种方式所需条件。《嵌入式应用技术基础教程》课件方式IRQRESET复位矢量PTC0PTC1PTC3PTA0PTA7外部时钟[2]1VTST[1]VDD或VTST任意100104.9152MHz2VTSTVDD或VTST任意101109.8304MHz3VDDVDD$FF任意任意任意109.8304MHz4GNDVDD$FF任意任意任意1032.768KHz316.1.2HC08系列MCU的监控ROM程序（1）基本的ROM程序模块HC08系列MCU出厂时，Flash区包含了字节数不同的监控ROM程序。监控ROM程序包含了HC08系列所共有的基本子程序，这些子程序有如下功能：①通过一个I/O引脚接收一个字节数据②通过一个I/O引脚发送一个字节数据③读内存或Flash区中的一个字节数据④写内存中的一个字节数据⑤连续读内存或Flash中两个字节数据⑥连续写内存中的两个字节数据⑦读堆栈指针⑧运行指定位置的程序《嵌入式应用技术基础教程》课件4（2）特有的ROM程序模块HC08系列MCU内存容量相差比较大，MC68HC08AZ60的内存有1024字节，而MC68HC908JL3只有128字节。为了方便内存较小的MCU的Flash程序写入，厂商在这些MCU的ROM程序中加入特有的ROM程序模块：Flash整体擦除、页擦除和写入子程序，并公布了调用时的入口参数(页擦除的所在页、写入的数据及写入的地址、延时参数等)及子程序的地址。所以不同MCU的ROM程序大小也是不同的。下表是几种擦写子程序的入口地址及参数存放地址。《嵌入式应用技术基础教程》课件516.1.3HC08系列MCU在监控模式下的工作过程（1）与主机通信的数据格式当MCU上电复位时，如果满足进入监控模式的条件，MCU就会工作于监控模式。监控模式下MCU主要是通过某个特定的I/O口(如：GP32是PTA0，JL3是PTB0)，以标准不归零(NRZ)的数据格式进行数据通信，具体为：第一位起始位(0)，随后为8个数据位(低位在前，高位在后)，最后一位为停止位(1)。NRZ的数据格式如下图所示。《嵌入式应用技术基础教程》课件Bit0Bit1Bit2Bit3Bit4Bit5Bit6Bit7StartStop6（2）监控模式的工作过程MCU在进入监控模式时，需要接收8字节的保密字节，如果是空白芯片，则8字节的保密字节全是$FF，然后就处于等待接收一个命令字节状态。以GP32为例，进入监控模式的时序如下图所示。《嵌入式应用技术基础教程》课件4096+32CGMXCLK

CYCLES24BUS

CYCLES256

BUS

CYCLES(最少)···BYTE1BYTE2BYTE8COMMAND来自主机的数据MCU发送的数据BYTE1ECHOBYTE2ECHOBYTE8ECHOBREAKCOMMANDECHO1411412注：1等待回复延时，2位的延时时间2数据返回延时，2位的延时时间4发送下一个字节前的1位延时时间VDDRSTPTA7PTA07（3）监控模式的矢量表在监控模式下，复位、软中断和Break中断矢量表有所改变。下表反应了监控模式和用户模式的矢量表的差别。《嵌入式应用技术基础教程》课件模式复位矢量BreakSWI高字节低字节高字节低字节高字节低字节用户$FFFE$FFFF$FFFC$FFFD$FFFC$FFFD监控$FEFE$FEFF$FEFC$FEFD$FEFC$FEFD816.1.4HC08系列MCU的监控命令MCU通过特定的I/O口接收主机发送的字节数据，判断是否是监控命令，如果是，执行相应的动作。监控命令共有6条，每条监控命令由操作码和操作数组成。下表1列出了各条监控命令的格式和功能。《嵌入式应用技术基础教程》课件命令格式功能READ$4A$4A高字节高字节低字节低字节数据读出指定单元内容(RAM或Flash)WRITE$49$49高字节高字节低字节低字节数据数据向指定单元写数据（RAM）IREAD$1A$1A数据数据读取上次访问的地址+1、+2处的内容（RAM或Flash）IWRITE$19$19数据数据向上次访问的地址+1处写入一个数据（RAM）READSP$0C$0C数据数据读堆栈指针高字节和低字节RUN$28$28执行RTI指令返回9InOutPC主机特定I/O目标MCUMAX23278910MC74HC12526153VDD(a)编程器内部器件连接图

VDDI/O口7891012346523OutInPC串行口MAX

23274HC125目标MCU(b)编程器原理图10KΩ16.2HC08系列MCU编程器的实现方法16.2.1HC08编程器硬件设计方案方案一：采用Freescale公司技术手册中的监控模式编程电路图。

《嵌入式应用技术基础教程》课件10方案二：“基板－适配器”《嵌入式应用技术基础教程》课件主控MCU目标MCU基板晶体振荡电路适配器晶体振荡电路PC接口电路电平转换及高压产生电路外围电路基

板适配器电源控制电路1116.2.2HC08编程器软件设计思想《嵌入式应用技术基础教程》课件实现空白芯片写入的软件设计思想是：①被写入的目标MCU工作于监控模式。②主机将擦写FLASH程序的二进制代码以及要写入的数据写入目标MCU的内存区。③主机向目标MCU发送RUN监控命令，运行第②步写入目标MCU内存区的程序。在这3步的执行过程中，第2步写入目标MCU内存的程序设计有一定难度。需要综合考虑内存分配、子程序调用的参数传递方法、程序执行完成后如何返回监控状态(等待接收字节状态)，完成其他页面的写入操作等问题。返回1216.3HC08系列MCU编程器实例本实例的主控MCU选用MC68HC908GP32(简称GP32)，目标MCU选用MC68HC908JB8(简称JB8)。16.3.1硬件设计（1）基板基板选用SD-1在线编程系统中的实验板，实验板上提供的WFLASH接口，可以直接连接适配器，接口如下图。WFLASH接口提供了VCC、GND、PTD0~PTD4、V+。其中V+是MAX232芯片第2脚输出的9V高压。《嵌入式应用技术基础教程》课件VCCGNDPTD1PTD0PTD2PTD3PTD4V+VCCGNDWFLASH接口13（2）适配器板本实例中目标MCU是JB8，也就是通过GP32向JB8中写入程序，因此在适配器板中要保证JB8进入监控模式。JB8进入监控的方式有三种：《嵌入式应用技术基础教程》课件方式IRQ复位矢量PTA3PTA2PTA1PTA0外部时钟说明1VTST任意00113MHz高压方式进入监控模式，PTA0口以9600bps速率通信2VTST任意10116MHz3VDD$FF任意任意任意16MHz低压方式进入监控模式，复位矢量区必须为$FF14JB8适配器板原理图

《嵌入式应用技术基础教程》课件适配器电源控制电路PNPT1NPNT21K5KVCC10K100PTD1VINVINPTD0RBX1C1C2地线VINVINVINJB8监控模式外围电路PTA0PTA1PTA2PTA3VDDVSSOSC2OSC1IRQV+10K10K10K10K10KVIN1516.3.2主控MCU发送和接收一个字节子程序发送一个字节子程序如下：Send1Byte:BSET0,OutPortS;输出口0脚定义为输出BSET0,OutPort;令输出口0脚为高电平JSRDelayBitTime;246个周期JSRDelayBitTime;246个周期;①发送起始位BCLR0,PTD;起始位JSRDelayBitTime;246个周期NOP;1个周期NOP;1个周期NOP;1个周期NOP;1个周期LDX#$08;2个周期Send1Byte0:RORA;1个周期BCCSend1Byte1;3个周期;②发送数据位，高电平BSET0,PTD;4个周期BRASend1Byte2;3个周期Send1Byte1:;③发送数据位，低电平BCLR0,PTD;4个周期NOP;1个周期NOP;1个周期NOP;1个周期Send1Byte2:JSRDelayBitTime;246个周期DBNZXSend1Byte0;3个周期BSET0,PTD;停止位JSRDelayBitTime;246个周期RTS《嵌入式应用技术基础教程》课件16接受一个字节子程序如下：Receive1Byte:BCLR0,OutPortS;输出口0脚定义为输入BRSET0,PTD,*;等待起始位;①等待起始位接收时间NOP;1个周期NOP;1个周期NOP;1个周期NOP;1个周期NOP;1个周期NOP;1个周期NOP;1个周期LDX#!08;2个周期CLRA;1个周期Receive1Byte0:JSRDelayBitTime;246个周期

BRSET0,PTD,Receive1;开始接收1位;②接收一个数据位，低电平CLC;1个周期BRAReceive2;3个周期Receive1:;③接收一个数据位，高电平SEC;1个周期NOP;1个周期NOP;1个周期NOP;1个周期Receive2:RORA;1个周期NOP;1个周期NOP;1个周期DBNZXReceive1Byte0;3个周期RTS

《嵌入式应用技术基础教程》课件1716.3.3主控MCU发送保密字节目标MCU进入监控状态以后则开始等待接收8个保密字节。若接收到的8个字节与Flash中存放保密字节的单元（$FFF6～$FFFD）内容相匹配，则将其RAM区的第一个字节的第6位置为1（此时该字节通常为$7F），否则置为0（此时该字节通常为$3F）。但是，不管密码验证是否成功，目标MCU总能接受基板GP32发送来的监控命令，只是在密码不匹配的情况下，通过READ或IREAD命令读取Flash的操作失败，表现为数据异常。对于空白芯片，密码为8个$FF。《嵌入式应用技术基础教程》课件1816.3.4发送监控命令MCU有6个监控命令Read、Write、IRead、IWrite、Readsp、Run。主控MCU在不同情况下对目标MCU发送相应的监控命令，让目标MCU执行相应操作。（1）发送READ命令【子程序名】：Read1Byte【入口参数】：AddrH--待读地址高字节，AddrL--待读地址低字节【出口参数】：A--读出的数据《嵌入式应用技术基础教程》课件LDAAddrLJSRSend1Byte;发送低字节JSRReceive1Byte;接收回应JSRReceive1Byte;接收命令的;执行结果LDA#$4AJSRSend1Byte;发送命令字JSRReceive1Byte;接收回应LDAAddrHJSRSend1Byte;发送高字节JSRReceive1Byte;接收回应19（2）发送WRITE命令【子程序名】：Write1Byte【入口参数】：AddrH--待读地址高字节，AddrL--待读地址低字节；A--待写入的数据【出口参数】：无【关键代码】：《嵌入式应用技术基础教程》课件JSRSend1Byte ;发送低字节JSRReceive1Byte;接收回应PULAJSRSend1Byte ;发送数据JSRReceive1Byte;接收回应PSHALDA#$49JSRSend1Byte;发送命令字JSRReceive1Byte;接收回应LDAAddrHJSRSend1Byte;发送高字节JSRReceive1Byte;接收回应LDAAddrL20（3）发送IWRITE命令【子程序名】：IWrite1Byte【入口参数】：A--待写入的数据【出口参数】：无【关键代码】：

PSHALDA#$19JSRSend1Byte;发送命令字JSRReceive1Byte;接收回应PULAJSRSend1Byte ;发送数据JSRReceive1Byte;接收回应《嵌入式应用技术基础教程》课件（4）发送RUN命令【子程序名】：RUN【入口参数】：无【出口参数】：无【关键代码】：LDA#$28JSRSend1Byte;发送命令字JSRReceive1Byte;接收回应2116.3.5针对目标芯片JB8的编程（1）JB8的整体擦除对目标MCU的Flash进行整体擦除（包括矢量页）。虽然目标芯片JB8的监控ROM中包含整体擦除的例行程序，但考虑到有的芯片没有，可以不使用内部ROM中的整体擦除程序（后面的写入程序也是如此）。根据JB8“整体擦除操作”步骤编写了整体擦除子程序。（2）JB8的页写入根据JB8的“向Flash写入一页数据”的操作步骤编写了页写入子程序。本程序入口时$00A0和$00A1中存放的是某页中需要写入数据的首地址(可以不是页首地址)。每次需要写入的数据必须在同一页范围中，页大小为64字节。JB8的FLASH起始地址为$DC00。《嵌入式应用技术基础教程》课件2216.3.6基板中主控MCU的编程（1）主流程《嵌入式应用技术基础教程》课件主控MCU初始化从PC机接收8个保密字节及命令字节给适配器上电发送8个保密字节收到命令99收到命令100调整体擦除目标MCU子程序调页写入目标MCU子程序是是否否23（2）整体擦除目标MCU子程序（3）写目标MCU子程序《嵌入式应用技术基础教程》课件接收PC机发来的总页数PageNumPageNum=0?返回是否写目标MCU子程序流程图将页写入子程序的二进制代码送往JB8的$41开始的内存区接收PC机发来的页数据内容，暂存于PageBuffer中将页数据内容发送到JB8的$A0开始的内存区发送运行监控命令RUN，写入当前页PageNum减1页写入程序目标代码（共89个字节）适配器RAM分配……高字节低字节数据个数N数据1$0041$00A0$0040标志字节$00A1$00A2$00A3数据N$00A3+N-1(≤$00E2)返回2416.4HCS08系列MCU编程器原理16.4.1两种系列MCU的结构差异

以HC08系列的MC68HC908GP32和HCS系列的MC9S08GB60为例，下表描述了在实现编程器时有关的结构差异。《嵌入式应用技术基础教程》课件比较项目MC68HC908GP32MC68HC908GB60工作模式监控模式激活的背景工作模式接口1个I/O口BKGD引脚通信控制ROM程序DBC和DBG数据通信格式NRZ自定义的串行通信协议命令字节6个监控命令30个BDC命令2516.4.2激活的背景工作模式在激活的背景工作模式(Activebackgroundmode)下，可以很方便地实现HCS08系列MCU的擦写FLASH，也提供程序的调试功能。该模式由HCS08内核中的BDC(BackgroundDebugController)来管理，BDC和片上调试模块(DBG)下共同完成调试功能。在这种工作模式下，CPU处于等待接收一个命令状态，类似于GP32工作在监控状态时等待接收一个字节的状态。进入激活的背景工作模式有五种途径：①在MCU复位信号的上升沿，BKGD/MS引脚低电平。在实现编程器时通常使用这种方法。②从BKGD引脚收到BACKGROUND命令。③执行BGND指令。④遇到BDC断点。⑤遇到DBG断点。《嵌入式应用技术基础教程》课件2616.4.3