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引言 隨著電子技術(shù)的日益發(fā)展，芯片的規(guī)模越來越大，封裝日趨小型化，相應(yīng)的對系統(tǒng)板級調(diào)試?yán)щy也在加大。IEEE制定了標(biāo)準(zhǔn)測試端口與邊界掃描的標(biāo)準(zhǔn)IEEE std 1149.1，這就是JTAG接口協(xié)議。JTAG接口通過TCK、TDI、TDO、TMS四根信號線，以串行模式為系統(tǒng)提供了對復(fù)雜芯片的各引腳連通性測試，進步還能實現(xiàn)對可編程芯片的配置與處理器芯片的調(diào)試等等。下載電纜就是一種使用計算機的并行端口通過軟件的仿零點實現(xiàn)JTAG接口協(xié)議，訪問可編程芯片的廉價工具。本文使用的下載電纜是Altera公司為其可編程邏輯器件開發(fā)的ByteBlasterMV電纜。ISP（在系統(tǒng)可編程的簡稱）是最先由 Lattice公司提出的一種技術(shù)，是通過同步串行方式實現(xiàn)對其可編程邏輯器件的重配置。ISP與JTAG的接口協(xié)議很相像，只是后者形成了標(biāo)準(zhǔn)。ISP 現(xiàn)在已經(jīng)成為一種概念，它的提出改變了傳統(tǒng)硬件系統(tǒng)開發(fā)的流程，大大方便了開發(fā)者，加快了開發(fā)速度。現(xiàn)在大多數(shù)的可編程器件（FPGA、CPLD、 DSP、MCU……）都支持ISP特性。單片機也不例外，Atmel公司推出的AT89S系列51單片機也符合ISP特性。 1 下載電纜的硬件 要實現(xiàn)JTAG接口協(xié)議可以使用專用的IC，如74LVT8980、74LVT8990，它與MCU配合可以提供高速的JTAG串行訪問，成本較高。下載電纜則是實現(xiàn)JTAG接口協(xié)議的廉價方案。它僅命名用74HC244做線路驅(qū)動，由計算機的并行端口引出I/O作為TCK、TDI、TDO、TMS等信號線。由于并口在SPP模式下共有3個端口——數(shù)據(jù)輸出端口、控制輸出端口、狀態(tài)輸入端口，各種下載電纜究竟從那個端口引出JTAG信號線幾乎都不相同，圖1、圖2是兩種下載電纜的原理圖。 
并口簡介： 計算機的并行端口工作在SPP模式下，對它的控制是通過數(shù)據(jù)輸出端口、控制輸出端口、狀態(tài)輸入端口來實現(xiàn)的。 并行口有25個引腳，其中包括8位數(shù)據(jù)線、5位狀態(tài)線、4位控制線。 數(shù)據(jù)端口（378H）：D0～D7用于數(shù)據(jù)輸出。 狀態(tài)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設(shè)置；*表示此引腳有反向器） 表1為并行端口定義。對應(yīng)原理圖有： Altera的下載電纜 TCK、TDI、TMS、TDO分別對應(yīng) D0、D6、D1、*S7； Atmel的電纜 TCK、TDI、TMS、TDO分別對應(yīng)*C0、D0、*C3、S6。 表 1 并行端口定義表
2 下載電纜的編程方法 用計算機控制下載電纜實現(xiàn)JTAG協(xié)議，就是對并口3個I/O端口的讀寫操作，用0-1的變化來模擬JTAG時序。在Win98和 Win2000環(huán)境下讀寫I/O，需要驅(qū)動程序。本文使用DriverLINX Port I/O Driver(可以從WWW.sstnet.com下載)來實現(xiàn)I/O端口訪問。安裝DLPORTIO以后，通過調(diào)用DLPORTIO.DLL動態(tài)連接庫中的UCHAR DLPORT_API D1PortRead PortUchar(IN ULONG Port)； VOID DLPORT_API D1PortWrite PortUchar(IN ULONG Port,IN UCHAR Value)；兩個函數(shù)就可以訪問位于378H、379H、37AH（這是缺省的LPT1設(shè)置）的3個并口I/O端口。程序段1實現(xiàn)了對Altera下載電纜的一次電平賦值： 程序段1 Altera下載電纜電平賦值函數(shù) 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; } 通過以上程序依次改變JTAG各接口I/O的電平狀態(tài)，模擬 JTAG協(xié)議的時序，就可以訪問支持JTAG標(biāo)準(zhǔn)的各種芯片。 3 ISP協(xié)議的解析與實現(xiàn) 對AT89S5X系列單片機ISP編程不使用 JTAG協(xié)議，而使用SPI同步串行接口協(xié)議，如圖3所示。
針針這種8位SPI接口協(xié)議，我們使用數(shù)組來模擬時序： 時鐘信號固定為unsigned char sck[19]={0,0,1,0,1,0,1,0,1,0,10,1,0,1,0,1,0,1,0,0}; 輸出的數(shù)據(jù)信號由程序?qū)崿F(xiàn)情況自動生成數(shù)組unsigned char mosi[19]； 輸入的數(shù)據(jù)根據(jù)讀入的信號生成數(shù)組unsigned char miso[19]； 再調(diào)用上文的Setbit（）函數(shù)，依次發(fā)送19位的JTAG接口I/O狀態(tài)，同時讀入返回信號，即完成一次對AT89S5X芯片的SPI單字節(jié)訪問。 在單字節(jié)訪問基礎(chǔ)上，參考Atmel公司的AT89S5X數(shù)據(jù)手冊的串行編程指令表中的指令格式，就可以實現(xiàn)ISP了。 表2為AT89S51串行編程指令表。 表2 AT89S51串行編程指令集
注：①串行編程要在RST端接高電平情況下實現(xiàn)；②X表示此位關(guān)心；③A11～A0是要訪問字節(jié)地址；④D7～D0是讀寫的數(shù)據(jù)；⑤B1、B2是保護位；⑥LB3～LB1表示3種狀態(tài)。 針對AT89S51單片機，其標(biāo)志字節(jié)為：（00H）1EH、（02H）51H、（04）06H. 程序段2將得到AT89S51單片機的標(biāo)志字節(jié)。（其中SPIcomm()為SPI單字節(jié)訪問函數(shù)）。 程序段2 獲得AT89S51單片機標(biāo)志字節(jié)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; } 圖4是AT89S51進行串行編程時的硬件原理圖。
4 小結(jié) 下載電纜為我們提供了深入芯片內(nèi)部的觸手。通過JTAG標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，我們可以用下載電纜檢查芯片焊接連通性、重新配置可編程器件、下載程序固件以及調(diào)試處理器的運行。 小到8位單片機AT89S5X、AVR的串行編程，可編程器件MAX7000的配置；大到32位嵌入式處理器的調(diào)試，上萬門FPGA芯片的配置都可以見到下載電纜的身影。例如，ARM使用下載電纜的JTAG仿真可以通過EmbeddedICE接口實現(xiàn)對ARM的開發(fā)調(diào)試，或者使用ARM的邊界掃描特性為嵌入式系統(tǒng)板下載啟動程序等等。 目前下載電纜的使用越來越多，各個廠商分別推出了自已的符合JTAG標(biāo)準(zhǔn)的芯片或者是使用ISP技術(shù)的新產(chǎn)品。與此同時，下載電纜的種類也非常多，大多數(shù)的區(qū)別僅在于并口信號與JTAG信號的對應(yīng)關(guān)系不同。往往有時候開發(fā)一個產(chǎn)品，要用到很多種不同的電纜。我們希望可以使用一種標(biāo)準(zhǔn)的下載電纜來實現(xiàn)所有JTAG應(yīng)用；或者是通過一個計算機程序可以通過配置文件來使用各種下載電纜。在我們的BLMVISP軟件中，就支持了現(xiàn)有的兩種電纜。 使用ISP技術(shù)可以大大加快硬件開發(fā)速度。下載電纜與計算機軟件的配合使用也可以降低開發(fā)成本，非常適合個人愛好者與初學(xué)者使用。 有興趣的讀者可以下載BLMVISP演示版的VC源程序壓縮包（demo_blmvisp.zip），以便參考；也可以訪問：http://51kaifa.nease.net或者 email:blmv@eyou.com。 引證文獻 1. 李述良 AT89S5X 單片機的在線ISP編程 [期刊論文] -黃岡師范學(xué)院學(xué)報2008(z1) 2. 孟祥琪.楊小亮 基于 ISP和SoftICE的在系統(tǒng)編程與實時仿真一體化方法 [期刊論文] -鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版）2008(01) 3. 鄒羚 新型下載電纜實現(xiàn)單片機ISP編程 [期刊論文] -機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新2007(03) 4. 高寶生.程云霞 S5X 系列單片機ISP簡法 [期刊論文] -試驗技術(shù)與試驗機2005(01) 5. 孫桂玲 微波/超聲波復(fù)合增強化學(xué)反應(yīng)及系統(tǒng)研究 [學(xué)位論文] 博士2004 作 者：南開大學(xué) 趙昕 李維祥 孫桂玲 來 源：單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用2004（2） |
