Freescale HCS12系列MCU 的通用編程器設計

聶章龍

（常州信息職業技術學院，常州213164）

引 言

隨著Flash技術在微處理器上的廣泛應用，單片機在開發和應用手段上有了革命性的變化，從傳統的仿真器（ICE）到目前流行的JTAG 等。設計人員仍然在不斷地尋找一種移植性更高、更易操作、費用更低的開發手段。隨著微處理器制造工藝的提高，一些高端微處理器（如CPU12／16／32、PowerPC、ColdFire等）內部已經包含了用于調試的微代碼，都可以通過BDM 等進行調試。由于這種方法省去了仿真器，因此避免了高頻操作、交直流電的不匹配等問題，而且隨著BDM 標準的不斷規范和普及，用BDM 調試模式進行嵌入式開發已經成為首選。

Freescale公司HCS12系列MCU 通用編程器是支持Freescale公司MC9S12 系列、MC9S12X 系列單片機的BDM 調試工具，它可以用于對Freescale公司所有16 位MCU 的寫入和擦除操作。

1 編程器概述

Freescale公司16位MCU 通用編程器是用于Freescale公司16 位MCU 的BDM 調試工具，編程器采用MC68HC908JB8［1］為主控芯片，與目標板以BDM 方式進行通信［2］，與PC方則采用USB接口通信，由USB提供電源。編程器系統框圖如圖1所示。編程器的主要功能是實現對目標芯片Flash的擦除和寫入。

圖1 編程器的系統框圖

編程器采用M68HC908JB8為主控芯片。與PC方通過USB 進行通信，與目標板則通過BDM 驅動模塊以BDM 方式進行通信，系統由USB提供電源。

2 系統軟件設計

軟件系統的設計主要包括：通信程序接口設計、PC方用戶程序設計、MCU 方擦寫程序設計。系統在對目標芯片Flash進行擦除和寫入操作時，首先由PC 方程序獲取用戶操作指令，然后調用相應的MCU 方擦寫程序。通過通信程序接口將需要執行的擦除或寫入程序寫入目標芯片的RAM 區，最后在PC方程序的控制下轉向擦寫程序所在RAM 區的地址執行程序以完成對應操作。

編程器使用USB 方式與目標板進行通信。PC 方的用戶程序與底層MCU 方程序進行通信時，通信程序使用Freescale公司提供的相應動態鏈接庫來實現［3］。

BDM 通信程序動態鏈接庫主要包含的函數如表1所列。具體實現時只需要直接在PC 方用戶程序中調用動態鏈接庫的函數即可。

表1 動態鏈接庫函數表

3 PC方用戶程序設計

3.1 程序主流程

PC方用戶程序界面如圖2所示，主程序流程如圖3所示［4］。S19是編程器生成的可下載的文件格式。

圖2 PC方用戶程序界面

啟動程序后首先檢測設備是否已經連接，如果沒有連接則返回錯誤信息，禁止以下的擦除和寫入操作。

圖3 主程序流程圖

初始化過程結束，成功進入BDM 模式后，系統開始等待用戶的操作指令，根據相應的指令作出操作。用戶在完成所需操作后按退出，關閉設備并退出主程序。

為了實現編程器對HCS12 系列MCU 的通用性［5］，“選擇芯片芯號”模塊的設計致關重要。要詳細分析HCS12系列MCU 的特性，提取共性和相區別的信息，特別是RAM 和ROM 區的首尾地址信息，這些信息都需要存放到系統的相應數據庫中，以供編程器系統運行時根據所選芯片型號進行讀取，作為擦寫程序的起始地址數據。

3.2 擦除操作

PC方擦除操作程序流程如圖4所示。在取得擦除命令后，程序首先載入對應芯片的擦除程序，然后將擦除程序的S19數據寫入目標芯片的RAM 區中，最后執行GO PC 指令，轉向芯片中擦除程序所在RAM 區中的地址，執行擦除程序。

圖4 擦除操作程序流程圖

3.3 打開和分析S19操作

執行該操作，首先按行讀入打開的S19 文件，并將S19數據保存到字符串數組中，每讀入一行同時驗證該行的校驗和，數組中一個單元就是S19一行的數據。然后對數據以頁為單位進行重新組合，并重新保存到新的字符串數組中，釋放先前的數組空間［6］。

3.4 寫入操作

PC方寫入操作程序流程如圖5所示。在取得寫入命令后，程序首先取一頁數據，將數據寫入RAM 區相應區域，接著判斷寫入程序是否已經寫入RAM 區中，若沒有則再將對應芯片的寫入程序寫入RAM 區。然后執行GO PC指令轉向目標芯片寫入程序所在RAM 區中的地址處，開始執行寫入。寫入程序則進入等待寫入完成狀態，如果等待超時則中途退出；否則，若一頁寫入完成，則接著進行下一頁的寫入操作，直到最后一頁。

圖5 寫入操作程序流程圖

4 MCU方擦寫程序設計

MCU 方的擦寫程序用于完成對目標芯片Flash的擦除和寫入操作。由于在Flash的擦除和寫入過程中，Flash是不能讀的，故擦除和寫入Flash的程序要放在RAM 中，也就是說，在Flash的擦除和寫入前，要把擦除或寫入的可執行代碼復制到RAM 中去，并讓程序在RAM 中執行，這一部分操作是由PC方程序完成的［7］。

Flash的擦除和寫入操作應按以下步驟進行：

①清除Flash狀態寄存器FSTAT 中的出錯標志位ACCERR和PVIOL，這是由于如果過去的Flash操作中如果有過出錯的情況，上面提到的出錯標志位將被鎖存。與其檢查這些標志位是否需要清零，不如清零這兩個標志。方法是向狀態寄存器FSTAT 的這兩位寫零。

②寫Flash 配置寄存器FCNFG 的b1 和b0。以MC9S12DP256為例，這兩位表示選擇256KB的Flash中的哪一個64 KB。這里0x00 表示PPAGE 號為0x3F、0x3E、0x3D、0x3C這64KB，0x01表示PPAGE號為0x3B、0x3A、0x39、0x38這64KB，0x02表示PPAGE號為0x37、0x36、0x35、0x34這64KB，0x03表示PPAGE 號為0x33、0x32、0x31、0x30這64KB。

③寫PPAGE寄存器。

④檢查上一次Flash處理的命令是否執行完成，能否寫入新的命令。這是通過Flash狀態寄存器FSTAT 中的命令緩沖區的標志位CBEIF是否為1，即命令緩沖區是否可以使用來實現的。若不能使用，則等待，直到可以使用。

⑤將要寫入的數據字寫到相應的地址中，地址必須為偶數地址。對于擦除操作，則被擦除段的任意地址都可以。

⑥向FCMD命令寄存器寫命令字0x41表示整體擦除，0x20表示單字節寫入。

⑦向Flash狀態寄存器FSTAT 中的命令緩沖區的標志位CBEIF寫1清零。這時狀態寄存器中的CCIF 位將置位，說明操作成功。

結 語

利用MC68HC908JB8 作為主控芯片，通過USB 與PC方交互通信，以BDM 方式與目標芯片進行通信，實現了一種用于Freescale HCS12系列MCU 的通用編程器。系統選用MC68HC908JB8MCU 進行設計，不僅是因為這款芯片性價比高，而且在于其USB模塊使操作更加方便和可靠，本文所提出的16位通用編程器工作可靠，成本低。讀者可以以本系統為藍本，設計自己的應用于其他系列芯片的編程器，應用到支持BDM 標準的其他系列微控制器中。

［1］Freescale.Technical Data-MC68HC908JB8，2005.

［2］Freescale.Background Debug Module（BDM）V4，2003.

［3］Daniel Malík.Turbo BDM Light interface［OL］.［2012 10］.http：／／read.pudn.com／.

［4］曹金華，劉曉升，王宜懷.Freescale HC08 系列MCU 集成開發環境的設計［J］.微計算機信息，2009（9）：77-79.

［5］蔣銀珍.M68HC08系列MCU 通用編程器及配套軟件開發［D］.蘇州：蘇州大學，2004.

［6］劉曉升，曹金華，沈安東.HC08系列微控制器編程調試器通用性設計［J］.計算機工程，2008（12）：253-255.

［7］王艷春，王宜懷.M68HC08 MCU 通用編程器的設計與實現［J］.自動化與儀表，2008（9）：58-60.