Технические средства автоматизации

   Архитектура MAXQ основана на очень простом принципе: все операции в конечном итоге выполняются с помощью простой операции передачи данных. Каждая команда из полного набора 33 команд сводится либо к записи литерального операнда в регистр назначения/ячейку памяти, либо к пересылке данных между регистрами и/или ячейками памяти (см. рис. 6.1) Простота архитектуры позволяет поставщикам инструментальных средств оптимизировать разработку кодов при минимальных требованиях к объему памяти для большинства приложений. Помимо этого, каждая инструкция в MAXQ выполняется за один такт, что обеспечивает максимально возможную скорость исполнения кода (1 MIPS/МГц) (MIPS – миллион команд в секунду).

Рис. 6.1. Каждая команда из набора 33 команд сводится либо к записи литерального операнда в регистр назначения/ячейку памяти, либо к пересылке данных между регистрами и/или ячейками памяти

         MAXQ2000 – первый из серии продуктов семейства MAXQ. Этот микроконтроллер содержит 16-битное ЦПУ, флэш-память 64 кбайт, 2 кбайт SRAM и 132-сегментный контроллер ЖКИ. Этот контроллер генерирует сигналы для ЖКИ в соответствии с содержимым памяти дисплея. Программа пользователя устанавливает параметры конфигурации и производит запись в память дисплея. Затем контроллер ЖКИ самостоятельно вырабатывает сигналы общих шин и сегментов с заданной частотой, освобождая микроконтроллер от отслеживания состояния дисплея и прямого управления ЖКИ. Помимо этого, микроконтроллер поддерживает четыре режима дисплея:

Статический

Мультиплексный на 1/2 цикла с 1/2 напряжения смещения

Мультиплексный на 1/3 цикла с 1/3 напряжения смещения

Мультиплексный на 1/4 цикла с 1/3 напряжения смещения

Семнадцать байт памяти дисплея доступны для использования контроллером ЖКИ или для хранения данных общего назначения. Еще одну дополнительную функцию ЖКИ обеспечивают встроенные резисторы делителя напряжения – их можно использовать для регулировки контраста, не применяя внешние компоненты. На рисунке 2 показана конфигурация делителя напряжения драйвера ЖКИ для статического дисплея. Каждый из 36 выводов управления сегментами может быть использован для операций ввода/вывода общего назначения, если он не подключен к ЖКИ.

Рис. 6.2. Конфигурация делителя напряжения драйвера ЖКИ для статического дисплея

      MAXQ2000 также предлагает пять вариантов для тактового сигнала:

-внутренний кольцевой генератор;

-внутренний высокочастотный генератор, использующий внешний кристалл или резонансную схему;

-внешний высокочастотный тактовый сигнал;

-внутренний генератор 32 кГц с использованием внешнего кристалла или резонансной схемы;

-внешний 32 кГц тактовый сигнал.

    Разнообразные режимы управления питанием позволяют минимизировать энергопотребление. Режим «деление на 256» позволяет нормально выполнять все операции при уменьшенной (в 256 раз) частоте высокочастотного тактового сигнала. Для дальнейшего снижения энергопотребления применяется режим, позволяющий микроконтроллеру работать от генератора 32 кГц.

   Все операции продолжаются в нормальном режиме, но с чрезвычайно низкой тактовой частотой (32кГц/256). Поскольку некоторые входные данные микроконтроллера требуют работы с полной скоростью, предусмотрен режим обратного переключения на максимальную тактовую частоту. Такое обратное переключение выполняется автоматически, когда требуется высокая скорость, например, при работе с UART, SPI™ или при внешних прерываниях.

        Микроконтроллеры MAXQ имеют средства поддержки для эмуляции JTAG. Каждый микроконтроллер содержит блок эмуляции, позволяющий начать разработку встроенной программы на перепрограммируемых flash-версиях микроконтроллеров при проектировании реальных систем. Разработчики встроенных программ могут в полном объеме проектировать, писать и отлаживать свои приложения, используя реальные микроконтроллеры в реальных схемах.

  Предусмотрена возможность программной установки точек останова, срабатывающих при совпадении адреса регистра, программы или данных. Фоновая отладка выполняется на микроконтроллере с полной скоростью. При включении отладчика, например, при срабатывании точки останова, микроконтроллер переключается в режим отладки. В этом режиме возможно чтение/запись регистров, памяти и пошаговое исполнение программы.

      7.Программирование в среде MAXQ

Архитектура MAXQ была разработана для прикладных программистов. Каждый микроконтроллер MAXQ содержит аппаратный блок отладки, тесно интегрированный с ядром микроконтроллера. Первой из микросхем этой архитектуры стала MAXQ2000, и в данной статье приведены примеры и дополнительные сведения по использованию АРМ IAR Embedded Workbench вместе с отладочным комплектом MAXQ2000 Evaluation Kit.

Внутрисхемная отладка и программно-загрузочные функции микроконтроллера MAXQ2000 в сочетании со средой разработки IAR Embedded Workbench обеспечивают разработку и тестирование приложений на языках С или Ассемблер. Аппартный блок отладки и загрузчик MAXQ2000 работают через выделенный порт JTAG, обеспечивая полный доступ к отладке при минимальном влиянии на системные ресурсы.

       Особенности внутрисхемной отладки

   Аппаратный блок отладки, тесно интегрированный с ядром микроконтроллера, управляет функциями отладки MAXQ2000. Этот блок может обращаться к сервисным утилитам встроенного ПЗУ для поддержки широкого спектра операций отладки:

-Чтение внутренней флеш-памяти программ

-Чтение/запись памяти данных

-Чтение стековой памяти

-Чтение/запись всех системных и периферийных регистров MAXQ2000

-Пошаговое выполнение программ

-До четырех адресных контрольных точек для остановки выполнения программы в заданном участке кодовой памяти

-Две контрольные точки памяти данных для остановки выполнения программы при обращении к заданному участку памяти данных

-Две регистровые контрольные точки для остановки выполнения программы при записи в определенный системный или периферийный регистр (не могут использоваться одновременно с контрольными точками памяти данных) и при совпадении данных, записываемых в регистр, с заданными значениями

-Функция проверки пароля (для доступа к остальным функциям отладки).

   Вся связь с блоком отладки в MAXQ2000 осуществляется через выделенный JTAG Test Access Port (TAP) интерфейс, отвечающий стандарту IEEE 1149 для JTAG. Этот интерфейс включает четыре сигнала, мультиплексированные с выводами портов MAXQ2000 следующим образом: TMS (выбор режима) – с Р4.2; TCK (тактовый сигнал) – с Р4.0; TDI (входные данные) – с Р4.1; TDO (выходные данные) – с Р4.3.

  Поскольку JTAG TAP-порт выделен для внутрисистемной отладки и внутрисистемного программирования, четыре вывода, по которым передаются сигналы JTAG TAP-порта по завершении этих операций могут быть использованы для других целей. Порт JTAG активируется по умолчанию сигналом reset, но в процессе работы прикладная программа может деактивировать порт JTAG, освобождая четыре выделенных вывода для других целей.

  Интерфейс JTAG и блок отладки работают асинхронно с ядром MAXQ2000. Связь по порту JTAG не требует той же тактовой частоты, с которой работает MAXQ2000. Частота TCK не должна превышать 1/8 системной тактовой частоты MAXQ2000.

  Установки точек прерывания можно записать и прочитать через блок отладки в то время, как MAXQ2000 выполняет код. Этот режим известен как фоновый, и в нем блок отладки работает независимо от ядра ЦПУ.

   При выполнении других операций, таких, как запись в и чтение из памяти и регистров, блок отладки управляет ядром MAXQ2000 и переключает его на выполнение одной из сервисных программ отладки, хранящихся в ПЗУ. Этот режим называется режимом отладки, и в нем блок отладки прерывает нормальное выполнение программ. В этих случаях работа пользовательской программы временно прерывается и возобновляется только после выполнения функции отладки, точно так же, как это происходит при обработке прерываний.

  Поскольку сам JTAG TAP-порт не используется для прикладных программ, выводы, присвоенные порту JTAG, могут использоваться этими программами. Все дополнительные подпрограммы, требующиеся для функций отладки, размещаются в ПЗУ, поэтому единственные системные ресурсы, потребляемые функциями отладки – небольшой объем ОЗУ и один уровень программного стека (используемый для хранения адреса возврата при вызове прграммы отладки). Старшие 19 байт ОЗУ (адреса с 0х07ED по 0x07FF) зарезервированы для использования сервисными программами отладки. Если внутрисхемная отладка не планируется, эти ячейки ОЗУ доступны для использования прикладными программами.

   Доступ к интегрированной программной флеш-памяти через JTAG

    JTAG TAP-порт также используется для дополнительной функции загрузчика, которая доступна даже в том случае, когда функции отладки не используются. Установив три конфигурационных бита через JTAG TAP интерфейс и затем отключив сигнал reset, можно передать управление встроенным программам загрузки, размещенным в ПЗУ. Биты конфигурации, которые управляют доступом к загрузчику – следующие:

SPE: System Program Enable Bit (Разрешить запись в программную память) (ICDF.1). Если этот бит установлен в 1, MAXQ2000 выполняет программу загрузчика в ПЗУ сразу после отключения сигнала reset.

PSS[1:0]: Programming Source Select (Выбор источника программирования) (ICDF.3-2). Эти биты определяют какой порт используется для связи с загрузчиком: JTAG (PSS[1:0]==00b) или последовательный 0 UART (PSS[1:0]==01b)

     Когда эти биты установлены и MAXQ2000 снят с reset, загрузчик начинает обмен данными с хост-системой по выбранному порту (JTAG или последовательный 0 UART). В любом случае используется один и то же протокол, выполняющий следующие функции:

Считывает идентификационный номер MAXQ2000 (идентифицирует версию ПЗУ)

Сообщает объем памяти программ и памяти данных

Осуществляет чтение, запись, проверку и вычисление контрольной суммы для интегрированной программной флеш-памяти

Осуществляет чтение, запись, проверку и вычисление контрольной суммы для ОЗУ

Проверка пароля (для получения доступа к командам записи/чтения программной памяти).

Хотя загрузчик и может работать через последовательный 0 UART порт вместо JTAG, интерфейс JTAG необходим для переключения загрузчика в режим последовательной передачи.

  Однако прикладная программа также может перевести загрузчик в режим последовательной передачи, нужным образом установив биты SPE и PSS, а затем выполнив reset MAXQ2000 (позволив сработать сторожевому таймеру или с помощью внешних аппаратных средств). Метод активизации загрузчика (например, сигнал на вывод порта) определяется прикладной программой.

    Защита функций отладки и загрузчика с помощью пароля

Схема защиты по паролю ограничивает доступ к функциям отладки и загрузчика MAXQ2000. Хост-система должна сообщить пароль, чтобы получить доступ к любой функции, которая считывает или изменяет содержимое памяти или системных и периферийных регистров.

   Длина пароля составляет 16 слов или 32 байта. Оригинал пароля хранится во внутренней флеш-памяти по адресам от 0x0010 до 0x001F. Эти значения можно включить в прикладную программу в виде статического массива, или это могут быть просто значения командных кодов, хранящихся по этим адресам. В любом случае, пароль записывается автоматически при загрузке прикладной программы. Если прикладная программа не загружена, то пароль формируется по умолчанию и все его слова равны 0хFFFF.

   Даже если пароль неизвестен, содержимое внутренней флеш-памяти MAXQ2000 всегда можно стереть с помощью загрузчика. Этот метод эффективно стирает пароль (приводя все слова к виду 0хFFFF) и позволяет работать остальным операциям программирования и отладки. Защита с помощью пароля гарантирует, что существующий код нельзя считать с MAXQ2000, не проверив предварительно соответствие значения 32-байтного пароля.

   Использование аппаратных средств отладочного комплекта MAXQ2000

   Отладочный комплект MAXQ2000 Evaluation Kit предоставляет полную аппаратную среду разработки для микроконтроллеров MAXQ2000, включая следующие компоненты:

-источник питания на плате для ядра MAXQ2000 и шины питания VDDIO.

-регулируемый источник питания (от 1,8 В до 3,6 В), который может быть использован для шин питания VDDIO и VLCD.

-контактные выводы для всех сигналов MAXQ2000 и напряжений питания

-отдельный разъем для подключения дочерней платы ЖКИ

-дочерняя плата ЖКИ с питанием 3 В и 3,5-разрядным статическим ЖКИ-дисплеем

-драйверы RS-232 для последовательного порта 0 UART, включая управление потоком данных

-кнопки для внешних прерываний и системного сброса (reset) микроконтроллера

-многоцелевая АЦП/ЦАП микросхема MAX1407, подключенная к интерфейсу шины SPI микроконтроллера MAXQ2000

-интерфейс 1-Wire®, включая держатель для iButton® и микросхему 1-Wire EEPROM

-светодиодный дисплей для индикации уровней на выводах порта от P0.7 до P0.0

-интерфейс JTAG для загрузки и отладки прикладных программ.

Установка комплекта MAXQ2000 Evaluation Kit и адаптера “COM – JTAG» весьма проста. Подключите платы, следуя приведенной ниже инструкции:

1) Подключите источник питания постоянного тока напряжением 5В (центральный контакт – положительный, ± 5%) к разъему питания J2 платы адаптера “COM – JTAG»