S12單片機模塊應(yīng)用及程序下載調(diào)試

摘要：    本文對邀請賽選用的主控芯片MC9S12DG128單片機的一些外圍接口模塊作了介紹，包括功能上的描述和例程及初始化的過程，對一些參賽隊伍中遇到的Flash鎖死問題也提供了解決的方案。
關(guān)鍵詞：     MC9S12DG128；CodeWarrior；TBDML；Flash解密

本次智能車邀請賽采用的MC9S12DG128(以下簡稱DG128)是Freescale公司推出的S12系列單片機中的一款增強型16位單片機，片內(nèi)資源豐富，接口模塊包括SPI、SCI、IIC、A/D、PWM等，在汽車電子應(yīng)用領(lǐng)域具有廣泛的用途。DG128在Flash存儲控制及加密方面也有很強的功能，加解密可配合第三方軟件使用。

DG128單片機采用增強型16位HCS12 CPU，片內(nèi)總線時鐘最高可達25MHz；片內(nèi)資源包括8K RAM、128K Flash、2K EEPROM； SCI、SPI、PWM串行接口模塊；脈寬調(diào)制(PWM)模塊可設(shè)置成4路8位或者2路16位，邏輯時鐘選擇頻率寬。它包括兩個8路10位精度A/D轉(zhuǎn)換器，控制器局域網(wǎng)模塊(CAN)，增強型捕捉定時器并支持背景調(diào)試模式。DG128有112-pin和80-pin兩種封裝形式，80-pin封裝的單片機沒有引出用于擴展的端口，只引出了一個8路A/D接口。

常用接口模塊及外部應(yīng)用

PWM模塊：PWM脈寬調(diào)制波是一種可用程序來控制波形占空比、周期、相位的波形。它在電機驅(qū)動、D/A變換等場合有著廣泛的應(yīng)用。

A/D模塊：A/D(模數(shù)轉(zhuǎn)換)模塊內(nèi)部可分為三個部分：IP總線接口、轉(zhuǎn)換模式控制/寄存器列表、自定義模擬量。

Codewarrior軟件使用

大賽中采用Codewarrior 3.1 for HCS12作為推薦的程序編譯軟件。"CodeWarrior for S12" 是面向以HC12或S12為CPU的單片機嵌入式應(yīng)用開發(fā)的軟件包。包括集成開發(fā)環(huán)境IDE、處理器專家?guī)臁⑷酒抡?、可視化參?shù)顯示工具、項目工程管理器、C交叉編譯器、匯編器、鏈接器以及調(diào)試器。在Codewarrior軟件中可以使用匯編語言或C語言，以及兩種語言的混合編程。

利用監(jiān)控程序下載用戶程序

監(jiān)控程序(Monitor)的主要功能是對應(yīng)用系統(tǒng)硬件及底層軟件進行調(diào)試，也稱為Debug程序，是最基本的調(diào)試工具。MC9S12DG128的Flash有128K，RAM有8K，而監(jiān)控程序源代碼占用不到3K FLASH，占用23字節(jié)RAM。這對用戶程序的空間影響并不大。異步串行口是要用來做與PC通訊服務(wù)的，監(jiān)控程序可以用，應(yīng)用程序當然也可以使用。

利用“BDM for S12(TBDML)”調(diào)試程序

當用戶在監(jiān)控程序的幫助下，熟悉了S12單片機的性能和結(jié)構(gòu)，并能初步開始軟硬件的設(shè)計后，就可以脫離監(jiān)控程序了，尤其是對于一個完整的項目，就更要直接對硬件進行調(diào)試而脫離監(jiān)控程序。S12系列單片機采用BDM(Background Debug Mode，背景調(diào)試模式)調(diào)試方式。在BDM模式下主要可以實現(xiàn)3方面的功能：

?應(yīng)用程序的下載與在線更新
?單片機內(nèi)部資源的配置與修復
?應(yīng)用程序的動態(tài)調(diào)試
【常見問題之一】正確安裝了BDM for S12(TBDML)的驅(qū)動程序和動態(tài)鏈接庫后，并用BDM連接了目標單片機后，在Hiwave.exe的“TBDML HCS12”菜單中，沒有出現(xiàn)“Flash...”項，無法對目標單片機進行調(diào)試。

解決辦法：首先，用戶應(yīng)該確保目標板供電正常，BDM for S12(TBDML)默認的電源工作方式是目標板自供電；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，原因見上文。

【常見問題之二】驅(qū)動程序安裝正常，跳線也沒有問題，目標板也供電了，但BDM還是不工作。

解決辦法：出現(xiàn)這一問題，最大的可能是，用戶的CodeWarrio版本不對，沒有利用CodeWarrio V4.1以上的版本進行調(diào)試。安裝高版本的CodeWarrio即可解決問題。

【常見問題之三】BDM調(diào)試目標板基本正常，能夠下載程序、擦除Flash、設(shè)斷點調(diào)試，但是，在某次使用中Flash突然被“鎖死”，之后目標板無法繼續(xù)使用。

解決辦法：Freescale 公司的HCS12 系列單片機具有片內(nèi)Flash的加密功能，對于加密或保護后的Flash，用戶是無法通過BDM 調(diào)試工具對其Flash進行諸如程序擦除、讀取等操作。同時，如果用戶在利用BDM 調(diào)試單片機時操作不當，同樣會使單片機出現(xiàn)Flash無法讀取、擦除和下載等問題。我們的監(jiān)控程序在$F000 到$$FFFF，這一段加了保護，但并沒有加密。即使對加了密的S12，也可以使用我們生產(chǎn)的串行接口地BDM 工具方便的解鎖和擦除。在2005 年第4 期《電子產(chǎn)品世界》雜志中，我中心曾經(jīng)撰文講述了HCS12 單片機Flash 保護和加解密的原理和注意事項。在決定擦除保護了的程序時，請想好在出現(xiàn)單片機被鎖定的情況下有沒有能力解鎖。對于Flash沒有進入“保護模式”的單片機，如果利用BDM for S12 (TBDML)調(diào)試單片機，當用戶點擊“TBDML HCS12”菜單下的“Flash...”命令時，會出現(xiàn)如圖12所示的正常情況。從圖中可以看出，當前目標板的單片機的FLASH_C000存儲區(qū)域已下載有程序，狀態(tài)為“Programmed”；其余模塊為空，狀態(tài)為“Blank”。因此，可以繼續(xù)對該單片機的Flash進行讀取、擦除Erase和下載Load等操作。但是，在出現(xiàn)上述Flash加密問題后，HCS12系列單片機就進入了“Flash保護模式”，即Secure Mode。這時，如果利用BDM for S12(TBDML)調(diào)試單片機，當用戶點擊“TBDML HCS12”菜單下的“Flash...”命令時，部分FLASH區(qū)域的狀態(tài)就會顯示為“Skipped”。此時，用戶便無法再對FLASH進行正常操作。因此，需要解除Flash的“保護模式”，執(zhí)行Unsecure的操作。BDM for S12(TBDML)提供了Unsecure的功能，具體的操作過程較為復雜，請參閱用戶手冊。

結(jié)語

上面提到的問題是在應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)的比較普遍的問題。在設(shè)計之前最好能完整地閱讀幫助文檔以及芯片的數(shù)據(jù)手冊，了解各個工作狀態(tài)，很多可能出現(xiàn)的問題其實在數(shù)據(jù)手冊里已有明確的說明。這樣做在程序設(shè)計的前期可能會影響一些進度，但到后期調(diào)試階段會帶來極大的方便。至于工具使用上的問題，F(xiàn)reescale單片機/DSP應(yīng)用開發(fā)研究中心會及時在大賽的官方網(wǎng)站上做出相應(yīng)的說明，請大家留意。(本文做了部分刪節(jié)，完整網(wǎng)絡(luò)版閱讀地址：http://www.ex-cimer.com/news/show.aspx?ClassID=124&articleID=13846)

參考文獻：
1、 邵貝貝，‘單片機嵌入式應(yīng)用的在線開發(fā)方法’，清華大學出版社，2004
2、 ‘MC9S12DT128，Device User Guide’，F(xiàn)reescale semiconductor，2005.10