用下載電纜實現(xiàn)AT89S5X的ISP編程
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摘要：下載電纜被廣泛應用于電子系統(tǒng)設計與調試過程中。本文介紹它的基本原理和編程控制方法；針對目前單片機的ISP串行編程模式列舉實例，簡要介紹AT89S5X的串行編程的方法和部分協(xié)議，使用VC編程，應用下載電纜實現(xiàn)對AT89S5X系列單片機的ISP編程；文末提出統(tǒng)一下載電纜硬件或軟件的設想，并提供可以下載支持多種單片機ISP編程軟件的網(wǎng)址。
引言
隨著電子技術的日益發(fā)展，芯片的規(guī)模越來越大，封裝日趨小型化，相應的對系統(tǒng)板級調試困難也在加大。IEEE制定了標準測試端口與邊界掃描的標準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，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，只是后者形成了標準。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)。
?。ǎǘ丝诘刂肥侨笔〉腖PT1設置；*表示此引腳有反向器）
表1為并行端口定義。對應原理圖有：
Altera的下載電纜
TCK、TDI、TMS、TDO分別對應D0、D6、D1、*S7；
Atmel的電纜
TCK、TDI、TMS、TDO分別對應*C0、D0、*C3、S6。
表1 并行端口定義表
| 引腳號 | 名 稱 | 數(shù)據(jù)位 |
| 1 | nStrobe | *C0 |
| 2 | D0 | D0 |
| 3 | D1 | D1 |
| 4 | D2 | D2 |
| 5 | D3 | D3 |
| 6 | D4 | D4 |
| 7 | D5 | D5 |
| 8 | D6 | D6 |
| 9 | D7 | D7 |
| 10 | nAck | S6 |
| 11 | Busy | *S7 |
| 12 | PE | S5 |
| 13 | Select | S4 |
| 14 | Auto Feed | *C1 |
| 15 | nError | S3 |
| 16 | nInit | C2 |
| 17 | nSelin | *C3 |
| 18～25 | GND | GND |
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，通過調用DLPORTIO.DLL動態(tài)連接庫中的
UCHAR DLPORT_API D1PortRead PortUchar(IN ULONG Port)；{{分頁}}
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標準的各種芯片。
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)信號由程序實現(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
| 指 令 | 指 令 模 式 | 說 明 | |||
| 第1字節(jié) | 第2字節(jié) | 第3字節(jié) | 第4字節(jié) | ||
| 編程使能 | 10101100 | 01010011 | XXXXXXXX | XXXXXXXX | 使能串行編程 |
| 芯片擦除 | 10101100 | 100XXXXX | XXXXXXXX | XXXXXXXX | 擦除程序存儲順 |
| 讀程序字節(jié) | 00100000 | XXXXA11～A8 | A7～A0 | D7～D0 | 字節(jié)模式讀程序 |
| 寫程序字節(jié) | 01000000 | XXXXA11～A8 | A7～A0 | D7～D0 | 字節(jié)模式寫程序 |
| 寫保護位 | 10101100 | 111000B1B2 | XXXXXXXX | XXXXXXXX | 寫保護位 |
| 讀保護位 | 00100100 | XXXXXXXX | XXXXXXXX | XXLB3～LB1XX | 讀當前保護位 |
| 讀標志字節(jié) | 00101000 | XXXA5～A1 | A0XXXXXX | 標志數(shù)據(jù) | 讀取標志數(shù)據(jù) |
| 讀程序頁 | 00110000 | XXXXA11～A8 | 數(shù)據(jù)0 | 數(shù)據(jù)1…255 | 頁模式讀程序 |
| 寫程序寫 | 01010000 | XXXXA11～A8 | 數(shù)據(jù)0 | 數(shù)據(jù)1…255 | 頁模式寫程序 |
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，其標志字節(jié)為：（00H）1EH、（02H）51H、（04）06H.
程序段2將得到AT89S51單片機的標志字節(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
下載電纜為我們提供了深入芯片內部的觸手。通過JTAG標準協(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標準的芯片或者是使用ISP技術的新產(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信號的對應關系不同。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準的下載電纜來實現(xiàn)所有JTAG應用；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。
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