摘要：本文将介绍MAXQ微控制器架构及与内核紧密集成的硬件调试引擎特性,使用IAR公司的嵌入式工作台(Embedded Workbench)开发环境与评估板的结合对其应用开发作分析说明。
关键词：在线调试 自举装载 JTAG端口 C语言 访问编程
1、MAXQ硬件调试引擎特性
新型MAXQ结构为应用开发的编程了拓宽了渠道。这是因为每个MAXQ微控制器都包含一个与微控制器内核紧密集成的硬件调试引擎。
而架构中第一款芯片就是MAXQ2000，本文将MAXQ微控制器架构与硬件调试引擎特性,结合IAR的Embedded Workbench(嵌入式工作台)开发环境与MAXQ2000评估板一起使用对其应用程序开发作分折说明，从而领会其使用与技巧。
将MAXQ2000微控制器的在线调试与程序装载功能与IAR Embedded Workbench开发环境相结合，就能为设计者提供C或汇编级的应用开发与测试手段。而MAXQ2000基于硬件的调试引擎与自举装载过程在专用的 JTAG端口运行，可以全面调试访问，而对系统资源的影响最小。
2、硬件调试引擎
2.1在线调试特性
与微控制器内核紧密集成的硬件调试引擎，用来控制MAXQ2000的调试特性。该调试引擎可以调用片上的固定用途ROM中的服务子程序，支持广泛的调试特性。具体如下：
* 对集成程序闪存的读取访问。
* 对板上数据SRAM的读／写访问。
* 对16×16堆栈存储器的读取访问。
* 对所有MAXQ2000系统与外设寄存器的读／写访问。
* 单步(跟踪)程序执行。
* 最多四个地址断点，在代码存储器中特定的单元停止程序的执行。
* 两个数据存储器匹配断点，在数据存储器中特定单元被访问时停止程序的执行。
* 两个寄存器断点，在出现对特定系统或外设寄存器的写访问时(不能与数据存储器匹配断点同时使用)，并且写入寄存器的数据与特定值匹配时停止程序的执行。
* 密码匹配功能(用来解锁其余的调试功能)。
所有与调试引擎的通信都通过MAXQ2000专用的JTAG测试访问端口(TAP)接口完成，该接口与JTAG IEEE标准1149兼容。该接口由四个信号组成，由MAXQ2000端口引脚复用得到,定义如下：TMS(测试模式选择)-与P4.2复用；TCK(测试时钟)-与P4.0复用；TDI(测试数据输入)-与P4.1复用；以及TDO(测试数据输出)-与P4.3复用。
尽管JTAG TAP端口专门用于系统内调试与系统内编程，不过，一旦应用开发完成，传输JTAG TAP端口信号的四个端口引脚可以被释放用于其他目的。JTAG端口在复位后默认为激活状态，但是一旦运行，应用软件可以关闭端口，将四个相关的端口引脚用于其他用途。
从MAXQ2000内核来看，JTAG接口与调试引擎异步工作。通过JTAG端口进行的通信不需要与MAXQ2000运行的时钟速率相同，不过对MAXQ2000来说，TCK频率的最大值被限定在1/8系统时钟速率以下。
在MAXQ2000执行代码时，可以通过调试引擎读取或写入断点设置。该模式被称为后台模式，在这种模式下，调试引擎独立于CPU内核之外工作。
为了完成其他操作，如存储器与寄存器的读写，调试引擎控制MAXQ2000的内核，并切换到执行固定用途ROM中的调试服务子程序。该模式被称作调试模式，该模式下，调试引擎中断了正常的程序执行。在这种情况下，用户应用程序被暂时挂起，等到调试函数执行完毕后继续执行，与中断服务子程序的处理方式相同。
由于在应用程序中JTAG TAP端口并不使用，因此组成JTAG端口的端口引脚可以被应用软件收回。调试功能所需的所有附加代码都位于固定用途ROM中，因此，调试功能消耗的系统资源只是少量的数据SRAM，以及一层程序堆栈(用来存储调用调试子程序的返回地址)。最多19个字节的数据SRAM(地址0x07ED至0x07FF) 被保留用于调试服务子程序。若某个应用程序不使用在线调试，则这些数据SRAM单元可供应用程序使用。
2.2程序装载功能-通过JTAG进行集成闪存编程
JTAG TAP端口也可被用于自举装载功能，甚至在不使用调试功能时也有效。通过JTAG TAP接口设置3个配置位，然后从复位中释放MAXQ2000，将控制转移到位于固定用途ROM中内置的自举装载过程子程序。用来控制访问自举装载过程的配置位如下：
* SPE：系统编程使能位(1CDF.1)。该位被置1时，MAXQ2000在系统复位后，执行固定用途ROM中的自举装载子程序。
* PSS[l：0]：编程源选择(1CDE3-2)。这几位的设置决定了自举装载过程的通信使用JTAG端口(PSS[l：0]= =00b)还是串口0 UART(PSS[l：0]= =01b)。
一旦这些位被置位并且MAXQ2000从复位状态中释放，固定用途ROM的自举装载过程通过选定的端口(JTAG或串口0 UART)开始与主机系统通信。在这两种情况下，使用的协议相同，并且都提供如下函数：
* 读取MAXQ2000的ID标题(识别固定用途ROM的版本)。
* 返回内部程序与数据存储器的大小。
* 读取、写入、验证与CRC校验集成闪存程序存储器。
* 读取、写入、验证与CRC校验内部数据SRAM。
* 密码匹配(解锁存储器读写指令)。
当自举装载过程通过串口0 UART而不是通过JTAG端口通信时，必须使用JTAG接口将自举装载过程置为串行通信模式。不过，适当地设置SPE与PSS位，然后复位 MAXQ2000(通过使看门狗定时器过期或使用外部硬件手段)，应用软件也可以在串行通信模式下调用自举装载过程。使自举装载过程被调用的方法必须由应用软件决定。
2.3对于调试和自举装载功能的密码保护
基本的密码保护方案限制了对MAXQ2000的调试与自举装载过程函数的访问。必须先由主机系统提供该密码，才允许访问任何读取或修改存储器或系统与外设寄存器内容的函数。
密码长度为16个字或32个字节。密码的数值存放在内部闪存的0x0010至0x001F字单元中。这些数值可以作为静态数组包含在应用程序中，或者只是存储在这些单元中的指令代码的数值。不管哪种方式，在装人应用程序时密码自动写入。若没有装入任何应用，密码的缺省值为所有的字都等于0xFFFF。
即使密码未知，MAXQ2000的内部闪存也始终可以通过自举装载过程擦除。这将有效地清除密码值(所有字都变为0xFFFF)，并允许其他编程或调试操作继续进行。在32字节密码数值没有匹配之前，密码保护简单地确保了不能从MAXQ2000中读取现有指令。
3、使用串口-JTAG适配器模块
MAX02000 微控制器的集成开发环境(例如MAXIDE与IAR Embedded Workbench)包含了支持与MAXQ2000 JTAG接口进行通信的软件库。不过，由于运行该软件的PC通常都不具备JTAG端口，因此，两个系统的接口需要一个硬件层。
MAXQ2000 评估板包含的串口-JTAG适配器模块为这个接口问题提供了圆满的解决方案(见图1)。PC上运行的软件(例如IAR Embedded Workbench)通过标准的COM串行端口与串口-JTAG适配器模块通信。然后串口-JTAG适配器模块与MAXQ2000的JTAG端口接口，将指令传输至自举装载过程或调试引擎。适配器模块不仅用来实现电平转换，也支持在不同电源电压范围运行的MAXQ微控制器，而且不需要PC为JTAG波形提供精确时序。
4、使用IAREmbedded WOrkbonch进行应用程序开发
IAR Embedded Workbench开发环境为MAXQ2000提供了基于C语言或基于汇编语言的应用程序开发手段。使用上述对MAXQ2000评估板与串口-JTAG适配器模块的硬件配置，IAR Embedded Workbench可以完全访问MAXQ2000的基于JTAG的自举装载过程以及在线调试特性。
IAR Embedded Workbench为MAXQ2000的应用程序开发提供了以下特性。
* 将编译完成的应用程序装入MAXQ2000的集成程序闪存中。
* 提供C语言或汇编语言级的单步(跟踪)程序执行。
* 显示代码、数据、硬件堆栈与固定用途ROM存储器。
* 调用堆栈跟踪。
* C语言或汇编语言级的断点设置。
* 显示与编辑所有MAXQ2000系统与外设寄存器。
5、应用
值此,以创建与编译一个MAXQ2000项目为例对应用作说明。
由于IAR Embedded Workbench包含对MAXQ2000微控制器系列的集成支持，创建一个新的MAXQ2000微控制器项目只需要几个具体的设置。
启动IAR后，从菜单中选择File，然后选择New。在New的对话框中选择Workspace，然后点击Ok。为该项目的工作空间键人一个新的名称(保存为“．eww”文件)，然后点击Save。
工作空间窗口打开后，从菜单中选择Project，然后选择Create New Project。对于新项目，MAXQ工具链为默认状态。为新项目键人文件名(保存为*．ewp文件)，然后点击Create。
接下来，从菜单中选择Project，然后选择Settings。出现的对话框中显示的是新创建项目的设置，如图2所示。
在Options对话框中的General Options选择标签下，应当为MAXQ2000微控制器选择以下设置。
* 由于MAXQ2000具有MAXQ20型的内核，Processor Variant应当设定为MAXQ20。
* 对于MAXQ2000，Number of accumulators应当设定为16。
* 对于MAXQ2000，Hardwar estac kdepth应当设定为16。
在Option对话框中的C-Spy Debugger选择标签中，应当为MAXQ2000选择以下设定(见图3)：
* 将Driver设定为JTAG，说明通过PC的COM端与串口-JTAG接口电路板连接。另两个可能的设置为Simulator(用来与MAXQ2000软件模拟器一起运行)与Emulator(用来与
MAXQ2000在线仿真器系统一起运行)。
* 应将Use Device Description File逻辑框选中。器件说明文件(*。ddf应当是提供给MAXQ2000微控制器的文件(maxq200x．ddf)。该文件定义了IAR环境使用的特定MAXQ微控制器的存储器空间与外设寄存器组。
在Options对话框中的JTAG部分，Command line options区段包含了与串口-JTAG电路板连接的PC COM端口。图4所示为连接至COM端口1的选项设置。
为项目进行选项设置之后，选择Projiect，然后选择Add Files，将C语言代码文件添加到项目中。添加了项目文件之后，选择Project，然后选择Make来编译项目。接下来，选择Proiect，然后选择Debug来启动调试过程。这样将编译后的项目通过JTAG接口下载，并将IAR置为调试模式，如图5所示。
IAR中的调试操作
启动调试过程后，Step over(F10)，StepInto(F11)与StepOut(Shift+F11)可以用来跟踪项目的C语言代码。若要运行代码，则从菜单中选择 Debug，然后选择Go，或按F5键。将光标放置在源代码的指令行上，并点击工具栏中的Toggle Breakpoint按钮，就可以设定或清除地址断点。一次最多可以设置四个地址断点。
Memory窗口可以显示MAXQ2000 的Code(内部闪存)、Data(内部SRAM)、Hw stack(内部16层堆栈)，以及固定用途ROM存储器。存储器显示可以被设置为字节、字，或双字格式，也可以按hex(对所有宽度)与ASCII(对字节宽度)格式来显示。
Register窗口用来显示MAXQ2000的系统与外设寄存器。它们按以下逻辑分组来显示：
* CPU寄存器：累加器与累加器控制寄存器、数据指针与数据指针控制寄存器、指令指针、循环计数器，以及程序状态标志。
* 中断控制：中断向量、模块屏蔽，以及标识寄存器。
* 周期：显示已经执行的指令周期数。
* 并行端口：用于PO、P1、P2、P3和P4的输入、输出以及端口方向寄存器。
* 外部中断：用于外部中断的使能、边沿选择，以及标志寄存器。
* 定时器：用于定时器／计数器0至2的寄存器。
* 串行端口：用于SPI与串行端口的控制与缓冲寄存器。
* 乘法器：与硬件乘法器模块相关的寄存器。
点击寄存器数值并键人新值，可以实现对可写寄存器的编辑。点击寄存器名称旁的加/减符号，可以实现寄存器中独立位或位区域显示的扩展或压缩。
6、结论
IAR Embedded Workbench高级的、基于C语言项目的环境集成了MAXQ2000的底层调试接口，允在C语言或汇编语言代码层上执行精细的调试。MAXQ2000 的内置的调试与在线编程的特性，以及对系统资源的底层影响，允许应用程序开发过程以及已完成项目的最终发布使用同样的硬件设计。
参考文献：
1、胡涛编著Visual C++.NET 编程技巧体验 电子工业出版社2003年7月1日出版.
2、赖麟文 编著<<8051单片机C语言软件设计的艺术>>科学出版社2002年6月出版.
3、<> DALLS SEMICONDUCTOR.CORP.2004年.
