摘 要： 全國(guó)大學(xué)生“飛思卡爾杯”智能汽車競(jìng)賽推薦使用Freescale公司的MC9S12系列單片機(jī)為主控芯片；有USB接口的TTBDM調(diào)試器是主要軟件調(diào)試工具。TTBDM調(diào)試器通過USB接口與PC通信，BDM接口與目標(biāo)CPU通信，實(shí)現(xiàn)嵌入式軟件的在線調(diào)試。根據(jù)往屆車模競(jìng)賽中參賽者遇到的一些問題和本中心在長(zhǎng)期支持國(guó)內(nèi)S12系列單片機(jī)用戶中積累的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出BDM調(diào)試器的用法和注意事項(xiàng)，提供一些使用技巧，以求對(duì)參賽者和S12產(chǎn)品開發(fā)工程師有所幫助。
關(guān)鍵詞： 9S12單片機(jī)；BDM；TTBDM
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第四屆全國(guó)大學(xué)生“飛思卡爾杯”智能氣車競(jìng)賽推薦采用最新的MC9S12XS128（以下簡(jiǎn)稱XS128）單片機(jī)作為主控芯片，替代MC9S12DG128。XS128是Freescale公司推出的S12系列單片機(jī)中的一款增強(qiáng)型16位單片機(jī)。片內(nèi)資源豐富，接口模塊有SPI、SCI、IIC、A/D、PWM等常見模塊，在汽車電子應(yīng)用領(lǐng)域具有廣泛用途。XS128和以往大賽使用的S12DG128系列單片機(jī)一樣，調(diào)試接口都是使用Freescale公司傳統(tǒng)的BDM(Background Debug Module)接口。
1 MC9S12XS128單片機(jī)介紹
(1)CPU：增強(qiáng)型16位HCS12 CPU，片內(nèi)總線時(shí)鐘最高40 MHz；
(2)片內(nèi)資源：8 KB RAM、128 KB程序閃存、2 KB數(shù)據(jù)閃存；
(3)串行接口模塊：SCI、SPI；
(4)脈寬調(diào)制模塊(PWM)可設(shè)置成4路8位或者2路16位，邏輯時(shí)鐘選擇頻率寬；
(5)1個(gè)16路12位精度A/D轉(zhuǎn)換器；
(6)控制器局域網(wǎng)模塊（CAN）；
(7)增強(qiáng)型捕捉定時(shí)器。
MC9S12XS128單片機(jī)有112、80和64引腳3種封裝形式。80-pin封裝的單片機(jī)沒有引出用于擴(kuò)展方式的端口，僅引出了一個(gè)8路A/D接口。競(jìng)賽可使用112或80引腳封裝器件。
2 BDM接口和使用
BDM調(diào)試器內(nèi)部有一個(gè)8位的MC9HC08JB16單片機(jī)，該單片機(jī)有USB接口，可與PC機(jī)信息交互。HC08單片機(jī)和S12單片機(jī)間僅使用一根I/O線通信，這根相連的信號(hào)線名為BKGD。HC08單片機(jī)將BKGD置為輸出，以串行發(fā)送命令，發(fā)送完成后轉(zhuǎn)為輸入，以接收信息。S12單片機(jī)收到命令后轉(zhuǎn)為輸出，根據(jù)調(diào)試器發(fā)來的命令回送信息，然后立即轉(zhuǎn)入接收態(tài)。BDM工具以此方式實(shí)現(xiàn)S12單片機(jī)的在線調(diào)試、內(nèi)部閃存的燒寫等功能。關(guān)于BDM接口的實(shí)現(xiàn)，讀者可以參考Freescale任何一款S12單片機(jī)的器件手冊(cè)，其對(duì)BDM接口的命令字、交互模式等都有詳細(xì)描述。這里主要介紹如何使用BDM接口。
BDM接口雖然只有BKGD一根信號(hào)線，但實(shí)際使用過程中，F(xiàn)reescale規(guī)定用一個(gè)雙排、6引腳的接插件做BDM接口，如圖1所示，引腳間距為2.54 mm(100 mil)。
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雖然使用的是6引腳接插件，實(shí)際上有用引腳只有4個(gè)。其中BKGD連接到S12處理器的BKGD引腳，RESET連接到S12處理器的RESET引腳，GND是S12目標(biāo)板的地信號(hào)，而VDD信號(hào)是來自目標(biāo)板的電源信號(hào)。VDD信號(hào)的連接將在下文中詳細(xì)闡述。
BDM接口的使用，需要配合PC上安裝的CodeWarrior軟件和BDM調(diào)試工具TTBDM。BDM接口是S12單片機(jī)專用的調(diào)試接口，PC上運(yùn)行的調(diào)試軟件需要通過USB接口連到HC08單片機(jī)，經(jīng)過HC08單片機(jī)的一根I/O線連到S12單片機(jī)的BKGD引腳實(shí)現(xiàn)PC和S12單片機(jī)的通信，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試和燒寫閃存功能。
3 利用“BDM for S12(TTBDM)”調(diào)試程序
BDM調(diào)試工具主要實(shí)現(xiàn)三方面的功能：
(1)應(yīng)用程序的下載與更新；
(2)單片機(jī)內(nèi)部資源的配置與修復(fù)；
(3)應(yīng)用程序的動(dòng)態(tài)調(diào)試。
本中心提供面向S12系列單片機(jī)的BDM工具，TTBDM在硬件設(shè)計(jì)上做了改進(jìn)，兼容S12和S08兩種BDM調(diào)試器。軟件基于Daniel Malik的TBDML（forums.freescale.com）以及open source BDM軟件。TTBDM可以下載S12或者S08的BDM調(diào)試固件，分別用于調(diào)試S12和S08單片機(jī)。本文僅從用戶角度講述“TTBDM”的使用方法和常見問題的解決辦法。詳情請(qǐng)登陸本中心網(wǎng)站www.tsinghua-mot.net，下載最新版本的“BDM for S12(TTBDM)”用戶手冊(cè)。
4 TTBDM硬件設(shè)置
BDM for S12（TTBDM）設(shè)計(jì)了跳線開關(guān)，允許用戶對(duì)TTBDM進(jìn)行一些特定配置，以此滿足不同用戶的需求。打開TTBDM的硬件小盒，能夠看到4個(gè)可以設(shè)置的跳線，分別是J4、J5、J6和J7，如圖2所示。
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圖3為J4跳線的引腳圖。J4用來選擇6-pin雙排插針BDM接口中BKGD信號(hào)是在第1引腳引出還是從第3引腳引出。當(dāng)J4跳線連接在左側(cè)靠近電路板邊沿的標(biāo)記3引腳時(shí)，BKGD信號(hào)連接到BDM的第3引腳，如圖3(a)；當(dāng)J4跳線連接在右側(cè)靠近R12的標(biāo)記引腳時(shí)，BKGD信號(hào)連接到BDM接口的第1引腳，如圖3(b)。
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J4端接線在1位置處適用于按照Motorola規(guī)定的BDM信號(hào)定義。采用這種定義時(shí)，BDM頭一定不能插反，插反會(huì)導(dǎo)致VDD與BKGD短路，燒毀BDM中HC08單片機(jī)的I/O端或S12單片機(jī)的BKGD端,甚至兩者都被損壞。J4短接線在3位置處，適用于專門為大學(xué)生車模競(jìng)賽設(shè)計(jì)的S12XS單片機(jī)小模塊，其優(yōu)點(diǎn)是如果將BDM插反，也不會(huì)損壞S12單片機(jī)和BDM調(diào)試器。
J5用來給TTBDM的HC08JB16單片機(jī)編程。請(qǐng)注意一定不要在J5上插短接線。
J6用于調(diào)試S08單片機(jī)，在S12的調(diào)試中也一定不要插上短接線。
J7是為了保留BDM調(diào)試接口的一些特性而設(shè)計(jì)的，J7允許用戶設(shè)定是否使用PC機(jī)的USB口上的電源給目標(biāo)板供電，供
3.3 V還是供5 V。建議不要用PC的USB口給目標(biāo)板供電。默認(rèn)情況下，J7不焊接任何插件，表示不向目標(biāo)板供電。由于PC機(jī)的USB接口可提供5 V/500 mA的供電能力，所以TTBDM調(diào)試頭不需要從目標(biāo)板上取電。但TTBDM并不知道目標(biāo)板用的是5 V電源還是3.3 V電源，也就是說BDM上的VDD是5 V還是3.3 V。為了目標(biāo)板的VDD電壓適應(yīng)5 V或3.3 V的BKGD和Reset電平，需要從目標(biāo)板取電，以調(diào)整BKGD和Reset電平。如果目標(biāo)板是5 V供電，則BDM接口的信號(hào)電平為5 V；如果目標(biāo)板是3.3 V供電，則BDM接口的信號(hào)電平為3.3 V。其他電平也可以工作，如接口是2.5 V等。這部分實(shí)現(xiàn)電路如圖4所示。
其中VCC_USB是從USB接口來的5V電源，用來給整個(gè)TTBDM調(diào)試器供電；而VCC_SHIFT是從目標(biāo)板來的電壓VDD，不同VDD使得RESET信號(hào)和BKGD信號(hào)工作在不同的電壓范圍，能夠與目標(biāo)板VDD匹配。從目標(biāo)板取出的VDD電流小于1mA。
5 TTBDM使用中常見問題及解決辦法
問題1：正確安裝了BDM for S12（TTBDM）的驅(qū)動(dòng)程序和動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，并用BDM連接了目標(biāo)單片機(jī)后，在Hiwave.exe的“TBDML HCS12”菜單中沒有出現(xiàn)“Flash...”項(xiàng)，無法對(duì)目標(biāo)單片機(jī)進(jìn)行調(diào)試。
解決辦法：首先，用戶應(yīng)該確保目標(biāo)板供電正常，BDM for S12（TTBDM）默認(rèn)的電源工作方式是目標(biāo)板自供電。如果還有問題，用戶應(yīng)該打開BDM的包裝小盒，查看跳線J4是否已經(jīng)短接。
問題2：驅(qū)動(dòng)程序安裝正常，跳線沒有問題，目標(biāo)板供電，但BDM還是不工作。
解決辦法：可能是用戶的CodeWarrior版本不對(duì)，沒有利用CodeWarrio V4.7以上的版本。安裝高版本的CodeWarrior即可解決問題。
問題3：BDM調(diào)試目標(biāo)板基本正常，能夠下載程序、擦除閃存、設(shè)斷點(diǎn)調(diào)試，但是，在某次使用中閃存突然被“鎖死”，之后目標(biāo)板無法繼續(xù)使用。
解決辦法：Freescale公司的HCS12系列單片機(jī)具有片內(nèi)閃存的加密功能，對(duì)于加密或保護(hù)后的閃存，用戶無法通過BDM調(diào)試工具對(duì)其閃存進(jìn)行程序擦除、讀取等操作。同時(shí)，如果用戶在利用BDM調(diào)試單片機(jī)時(shí)操作不當(dāng)，同樣會(huì)使單片機(jī)出現(xiàn)閃存、無法讀取、擦除和下載等問題。監(jiān)控程序在＄F000到＄FFFF這一段加了保護(hù)，但并沒有加密。即使對(duì)加了密的S12，也可以使用TTBDM工具方便地解鎖和擦除。在決定使用擦除保護(hù)程序時(shí)，應(yīng)考慮在出現(xiàn)單片機(jī)被鎖定的情況下有沒有能力解鎖。對(duì)于閃存沒有進(jìn)入“保護(hù)模式”的單片機(jī)，如果利用BDM for S12(TTBDM)調(diào)試單片機(jī)，當(dāng)用戶點(diǎn)擊“TBDML HCS12”菜單下的“Flash…”命令時(shí)，會(huì)出現(xiàn)如圖5所示的正常情況。從圖中可以看出，當(dāng)前目標(biāo)板單片機(jī)的FLASH_C000存儲(chǔ)區(qū)域已有下載程序，狀態(tài)為“Programmed”，其余模塊為空，狀態(tài)為“Blank”。因此，可以繼續(xù)對(duì)該單片機(jī)的閃存進(jìn)行讀取、擦除和下載等操作。但是，在出現(xiàn)上述閃存加密問題后，HCS12系列單片機(jī)就進(jìn)入了“閃存保護(hù)模式”，即Secure Mode。這時(shí)，如果利用BDM for S12(TTBDM)調(diào)試單片機(jī)，當(dāng)用戶點(diǎn)擊“TBDML HCS12”菜單下的“Flash…”命令時(shí)，圖5中部分FLASH區(qū)域的狀態(tài)就會(huì)顯示為“Skipped”。此時(shí)，用戶便無法再對(duì)閃存進(jìn)行正常操作。因此，需要解除閃存的“保護(hù)模式”（Secure Mode），執(zhí)行Unsecure的操作。BDM for S12(TTBDM)提供了Unsecure的功能，具體操作過程較為復(fù)雜，請(qǐng)參閱用戶手冊(cè)。
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以上提到的是在應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)的比較普遍的問題，也是用戶經(jīng)常咨詢和討論的一些問題。在設(shè)計(jì)之前最好能完整地閱讀幫助文檔以及芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)，了解各個(gè)工作狀態(tài)。很多可能出現(xiàn)的問題在數(shù)據(jù)手冊(cè)里已有明確說明。這樣做在程序設(shè)計(jì)的前期可能會(huì)影響一些進(jìn)度，但到后期調(diào)試階段會(huì)帶來極大的方便。至于工具使用上的問題，F(xiàn)reescale單片機(jī)/DSP應(yīng)用開發(fā)研究中心會(huì)及時(shí)在大賽的官方網(wǎng)站上做出相應(yīng)說明，請(qǐng)大家留意。
參考文獻(xiàn)
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