Freescale+HC08+MCU集成開發(fā)環(huán)境的設(shè)計
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Freescale(其前身為Motorola半導(dǎo)體部)公司推出的系列MCU，具有單一電源供電、支持在線編程的內(nèi)部Flash。在線寫入、讀出穩(wěn)定，為研制新型嵌入式應(yīng)用開發(fā)工具提供了技術(shù)基礎(chǔ)。Freescale公司的MCU應(yīng)用非常廣泛，銷量已多年名列前茅，其中HC08系列MCU，功耗低、運用靈活．占銷量中的重要部分。開發(fā)廉價且實用的Freescale HC08系列MCU的編程調(diào)試開發(fā)工具對該系列MCU在我國的推廣應(yīng)用具有重要價值。目前市面上能支持HC08的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)．除了CodeWarrior，雖對HC08系列MCU都支持。但系統(tǒng)龐大，功能復(fù)雜。價格貴，另外一些高校如清華、復(fù)旦等，只能支持某幾款芯片，對于有200多款的HC08 MCU，較大局限，使用不便，不利于應(yīng)用開發(fā)，更不便于教學(xué)實踐。
本實驗室從1999年開始研制集成開發(fā)環(huán)境．在分析了各種嵌入式系統(tǒng)集成開發(fā)系統(tǒng)后．推出了一種新型的HC08MCU通用型的集成開發(fā)環(huán)境．每年不斷進行改進升級．現(xiàn)已基本成型。本IDE具有結(jié)構(gòu)清晰、操作簡潔的特點．集成了程序編輯、編譯、下載、聯(lián)機調(diào)試、硬件評估等功能，有較好的實用前景。在闡述本IDE的設(shè)計基礎(chǔ)上，本文簡要分析了IDE的Pc方軟件主要技術(shù)要點和簡單介紹了本IDE配套的硬件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。
2 設(shè)計思路與技術(shù)優(yōu)勢
對HC08系列MCU。進行深入的研究。經(jīng)過長期的實踐與探索，研制了新型的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的集成開發(fā)環(huán)境。軟件分兩大部分：PC方軟件和MCU方軟件，配套硬件分三大部分：PC機、寫入器(也稱調(diào)試器或編程器)和實驗箱(或評估板或嵌入式產(chǎn)品)。
1) IDE主要設(shè)計思路是：
(1)PC方軟件提供程序管理、編輯、編譯、下載、聯(lián)機調(diào)試等功能，源程序經(jīng)過編輯和編譯成S19目標(biāo)文件后．通過USB接口與寫入器中的MCU(稱主控MCU)方軟件通信．將該目標(biāo)文件發(fā)給主控MCU，然后寫人器又與實驗箱MCU(稱目標(biāo)MCU)芯片串行通信，將該目標(biāo)文件寫入目標(biāo)MCU芯片的FIash中。成功后可以試運行。檢驗?zāi)繕?biāo)MCU中的程序能否正常運行．否則聯(lián)機調(diào)試該程序。
(2)HC08系列MCU間資源差異較大，進入監(jiān)控的支撐電路有差別，為了設(shè)計適用于不同MCU的通用IDE，解決這些問題是關(guān)鍵，具體方法參考文獻，即MCU間資源差異的問題是通過PC機中的數(shù)據(jù)庫保存其差異而得到解決。進入監(jiān)控的支撐電路問題是通過在PC機和目標(biāo)MCU間加一個主控MCU而得到解決從而為實現(xiàn)通用的IDE奠定基礎(chǔ)。
(3)作為以MC908GP32(舊稱MC68HC908GP32)MCU為藍本進行“單片機原理與嵌入式應(yīng)用”教學(xué)的實驗箱配套軟件，實驗箱提供了基本實驗所需的接線端口．還提供了擴展實驗的接線排孔。運用本開發(fā)環(huán)境根據(jù)實驗項目開發(fā)軟件要求．可完成所有基于MC908GP32 MCU的接口實驗。對于Freescale該系列其他MCU。可通過置換核心板(MCU與其支撐電路構(gòu)成的)，而達到更換HC08 MCU的目的，便于進行其他MCU的實驗。
2) 本開發(fā)環(huán)境與傳統(tǒng)的仿真器相比具有如下技術(shù)優(yōu)勢：
(1)傳統(tǒng)仿真器的“仿真系統(tǒng)”一般是使用軟件仿真的技術(shù)，在宿主機上通過軟件的方式實現(xiàn)目標(biāo)機的功能。這種方式雖可以模擬大部分目標(biāo)機的功能。但是這種方式并非是真正的目標(biāo)系統(tǒng)．往往在此基礎(chǔ)上開發(fā)出來的程序．一旦移到目標(biāo)系統(tǒng)上運行．卻會出現(xiàn)一些在仿真軟件中無法遇到的問題。而本開發(fā)環(huán)境是基于硬件之上的，對目標(biāo)系統(tǒng)可以達到完美的模擬，即在本開發(fā)環(huán)境上開發(fā)出來的程序在移到目標(biāo)系統(tǒng)上時，由于硬件基礎(chǔ)相同．因此不會發(fā)生任何兼容性問題。
(2)與傳統(tǒng)仿真器相比，提供的調(diào)試功能為在線調(diào)試方式，操作界面為Windows界面，操作猶如調(diào)試純軟件，方法簡潔。
3 集成開發(fā)環(huán)境的設(shè)計
為方便開發(fā)和調(diào)試嵌入式系統(tǒng)，設(shè)計了基于C編譯的HC08 MCU集成開發(fā)環(huán)境．軟件總體分兩大部分：PC方軟件與MCU方軟件．PC方軟件可分為脫機編輯編譯和聯(lián)機下載調(diào)試兩部分。MCU方軟件設(shè)計請參考文獻。
PC方軟件采用標(biāo)準(zhǔn)的Win32界面．利用Visual C++MFC編寫．主界面設(shè)計如圖1所示，其中左邊為工程管理窗口，右邊為代碼編輯窗口．下面為編譯輸出及調(diào)試窗口。
圖1 集成開發(fā)環(huán)境主界面
本IDE的主要設(shè)計功能和技術(shù)特點如下：
(1)標(biāo)準(zhǔn)的Win32視窗界面，充分體現(xiàn)Windows平臺的特性。具有安裝方便、操作簡潔等特點。并配置內(nèi)容豐富的幫助系統(tǒng)，幫助用戶快速入門，學(xué)習(xí)HC08 MCU的編程方法。
(2)工程管理。工程管理分別對c文件和頭文件兩種源文件進行管理．對匯編也支持．在主界面上以文件樹的形式呈現(xiàn)。工程屬性根據(jù)編程要求而設(shè)置，通過“編譯設(shè)置”對話框進行，它包括MCU類型、Flash區(qū)程序的起始地址、RAM起始地址和終止地址、堆棧起始地址等設(shè)置。工程管理的主要功能是管理源程序文件和生成編譯器所需的文件。在保存T程的同時后臺生成了該工程的make file文件(包含編譯選項和工程屬性)、src文件(包含工程中使用到的文件和資源)。
(3)下載程序。下載程序是將生成的目標(biāo)機器碼寫入目標(biāo)MCU中的．包括通信模塊和S19文件分析模塊兩部分。通信模塊負責(zé)實現(xiàn)PC機與主控MCU的USB通信。發(fā)送命令、參數(shù)和程序代碼等，和主控MCU一起對目標(biāo)MCU完成相應(yīng)的擦除、寫入和調(diào)試等操作功能。S19文件分析模塊負責(zé)先對S19文件進行分析和打包．將文件的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成便于傳輸?shù)母袷剑⑴袛辔募谐绦虻钠鹗嫉刂?、頁?shù)以及是否越界等．然后進行發(fā)送通信。
(4)調(diào)試器以及寄存器查看器和內(nèi)存變量查看器。寫入器也兼有調(diào)試功能．所以也稱調(diào)試器。調(diào)試的功能設(shè)計是參照通用IDE的調(diào)試方法而設(shè)計的，進入調(diào)試模式(即監(jiān)控模式)，可以單步調(diào)試或斷點調(diào)試。調(diào)試時可以通過寄存器查看器和內(nèi)存變量查看器觀察目標(biāo)MCU運行的當(dāng)前值，以便發(fā)現(xiàn)程序問題所在．實現(xiàn)在線調(diào)試功能。
4 技術(shù)設(shè)計要點
在系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計過程中，遇到許多的問題。下面把主要問題的一些處理方法作簡要分析說明，供大家借鑒。限于篇幅．HC08系列MCU的調(diào)試器通用性設(shè)計具體見文獻。
4．1中文和語法高亮的實現(xiàn)
語法高亮在集成開發(fā)系統(tǒng)的代碼編寫過程中是主要的問題之一。已有的一些控件雖然語法高亮功能比較全，但是對中文支持不是很好．最突出的就是半個漢字問題(在選擇和刪除字符的時候漢字當(dāng)兩個字符處理，一次只能刪除半個，會出現(xiàn)亂碼)。使用MFC的RichEdit控件雖可以解決中文問題，但又沒有語法高亮的功能，為此，就以RichEdit為基類編寫了語法高亮類，才解決語法高亮和中文的顯示問題。其主要編程的思路是：通過捕獲用戶鍵盤輸入的事件．判斷用戶輸入的單詞是否為c語言中的關(guān)鍵字．如果是，則改變其顏色。
4．2 GNU編譯器的整合
本系統(tǒng)使用的是由GNU移植的HC08編譯器，該軟件不僅是開源、免費的。而且執(zhí)行效率高，功能強，對c代碼具有優(yōu)化的功能。但是唯一的問題是。該編譯器是Win32控制臺程序，輸出的編譯信息都是在不同控制臺下的．不易整合在一個IDE中。更甚的是編譯器的輸出信息都是非標(biāo)準(zhǔn)的輸出流，無法使用ShellExecute函數(shù)捕獲，也無法輸出到管道文件中。為了解決該問題參考了一些國內(nèi)外的資料，受此啟發(fā)。采用CreateThread的方法，也就是創(chuàng)建子線程的辦法，通過線程的管道，將編譯輸出信息捕獲．并顯示在窗口中。同時在此基礎(chǔ)上也實現(xiàn)了從編譯錯誤信息跳轉(zhuǎn)到源代碼的功能。
4．3 PC機與寫入器的USB通信設(shè)計
寫入器和PC機建立USB通信除了MCU與PC的通信程序設(shè)計外．PC方必須要有相應(yīng)的驅(qū)動程序。本設(shè)計使用的USB開發(fā)包USBIO_EL是由德國Thesycon Systemsoftware&Consulting GmbH公司提供的免費軟件，該開發(fā)包提供的功能是限制版本的USB驅(qū)動程序usbio_el．sys和USB動態(tài)鏈接庫usbiocom．dll文件。usbio_el.sys 的限制部分為：廠商ID只能為0x0C70．僅支持一個中斷IN端點和中斷OUT端點，支持的端點緩沖區(qū)大小最大為8字節(jié)。而本設(shè)計寫入器中使用的MC68HC908JB8芯片的USB模塊恰好滿足限制版本的條件，故可使用該驅(qū)動程序；usbiocom．dll可以直接加載至程序中，使用其中的類；表1為本設(shè)計中所用到的該庫中的類及函數(shù)的說明?？梢哉{(diào)用這些類及其函數(shù)實現(xiàn)建立連接、發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的程序功能，從而實現(xiàn)指令的通信以及程序代碼的傳輸。
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