高 揚(yáng)

（西安郵電大學(xué),710121）

本系統(tǒng)采用TI公司MSP430作為主控芯片，實(shí)現(xiàn)了一套USB協(xié)議轉(zhuǎn)到JTAG協(xié)議的無線仿真系統(tǒng)，可支持所有LM3S系列MCU的程序的調(diào)試和下載。本論文主要研究系統(tǒng)整體流程和硬件模塊的實(shí)現(xiàn)。論文在整體上主要講解HOST模塊和OBJ模塊的功能和職責(zé)，在硬件上面通過最小系統(tǒng)，USB模塊，射頻模塊，JTAG模塊對系統(tǒng)進(jìn)行全面的解析，系統(tǒng)還有一些可擴(kuò)展功能作為展望在文章最后進(jìn)行介紹。

0 引言

在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，仿真器完成的工作是把從PC機(jī)發(fā)出的命令和數(shù)據(jù)通過JTAG命令傳送到目標(biāo)機(jī)和從目標(biāo)機(jī)讀取相關(guān)調(diào)試數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換的功能。目前，常用的仿真器有基于PC機(jī)串行端口和并行端口的仿真器兩種類型。基于PC機(jī)串口的仿真期間功能有限，且速度慢?；赑C機(jī)并口的仿真器一般是采用PC機(jī)并口外加一些鎖存器來實(shí)現(xiàn)的，并通過PC機(jī)模擬JTAG時(shí)序，PC的并口一般只有一個(gè)，加上并口不支持熱插拔，當(dāng)存在多個(gè)基于并口的JTAG調(diào)試器系統(tǒng)時(shí)，實(shí)際使用過程中會(huì)很不方便。

隨著USB接口技術(shù)的發(fā)展，利用USB接口作為仿真器的傳輸接口，不僅可以解決傳統(tǒng)仿真器的速度瓶頸限制，且支持熱插拔，一臺(tái)PC機(jī)可以帶多個(gè)目標(biāo)系統(tǒng)的仿真器。雖然市面上已經(jīng)出現(xiàn)了有線的USB仿真器，但是在許多場合的限制下，使得我們不能很方便的接近我們的目標(biāo)版，這樣使得我們的仿真是難上加難。如果將PC與開發(fā)板用無線連接起來后，這樣我們的仿真將變得很容易，能適用于某些困難的環(huán)境。

本系統(tǒng)采用TI公司MSP430作為主控芯片，以射頻作為通訊方式，實(shí)現(xiàn)了一套USB協(xié)議轉(zhuǎn)到JTAG協(xié)議的無線仿真系統(tǒng)，可支持所有LM3S系列MCU的程序的調(diào)試和下載。

1 緒論

1.1 功能定義

USB無線仿真系統(tǒng)是一款簡單易用的調(diào)試代理工具，功能和流行的MULTI-ICE，H-JTAG類似。它專門用于對Luminary系列單片機(jī)程序的調(diào)試和下載，該系統(tǒng)結(jié)合IAR EWARM 集成開發(fā)環(huán)境，可支持所有LM3S系列MCU的程序的調(diào)試和下載。

USB無線仿真系統(tǒng)采用USB接口與電腦連接，打破傳統(tǒng)的用并口和串口下載程序的方式，無論是臺(tái)式電腦還是筆記本電腦都應(yīng)用自如。同時(shí)采用無線使得調(diào)試能夠更加方便的去適應(yīng)各種應(yīng)用環(huán)境。PC通過USB無線仿真系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)試代理功能，實(shí)現(xiàn)FLASH燒寫的功能。

1.2 項(xiàng)目整體介紹

本文描述USB無線仿真系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。USB無線仿真系統(tǒng)屬于是嵌入式系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，用于嵌入式目標(biāo)版程序的調(diào)試和下載，本系統(tǒng)在PC端直接調(diào)用的是FTDI公司在IAR中的服務(wù)程序。用戶通過IAR將指令和數(shù)據(jù)傳給FTDI服務(wù)程序，F(xiàn)TDI服務(wù)程序再將這些指令和數(shù)據(jù)傳送給USB無線仿真器，USB無線仿真系統(tǒng)將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成JTAG的協(xié)議和目標(biāo)板進(jìn)行交互。

嵌入式USB無線仿真系統(tǒng)總體上分成HOST模塊和OBJ模塊，HOST模塊和OBJ模塊功能分配簡單如下：

USB接口無線仿真器HOST模塊由MSP430系列核心芯片F(xiàn)5501和RF2401無線傳輸模塊構(gòu)成，其目標(biāo)功能大致如下：MSP430核心芯片通過PC的USB端口接收到由IAR或ADS傳輸?shù)闹噶罨驍?shù)據(jù)后，經(jīng)過解析后以RF的方式發(fā)送給數(shù)據(jù)接收轉(zhuǎn)換OBJ模塊。

USB接口無線仿真器OBJ模塊同樣由MSP430系列核心芯片F(xiàn)5501和RF2401無線傳輸模塊構(gòu)成，OBJ模塊在接收到了HOST模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)后。進(jìn)行RF到JTAG的轉(zhuǎn)換后傳遞給調(diào)試目標(biāo)板，最后完成無線仿真調(diào)試的功能。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 系統(tǒng)組成

本題目基于Ti 微控器設(shè)計(jì)無線連接的嵌入式系統(tǒng)仿真工具包。其主要功能是實(shí)現(xiàn)調(diào)試代理功能，實(shí)現(xiàn)FLASH燒寫的功能，實(shí)現(xiàn)USB轉(zhuǎn)UART的功能。

一個(gè)整套的仿真系統(tǒng)是由PC端的服務(wù)程序和仿真設(shè)備組成。由于我們的仿真系統(tǒng)是基于無線的，所以仿真設(shè)備分為HOST模塊和OBJ模塊。三者之間的組成聯(lián)系關(guān)系如下圖：

調(diào)試軟件(IAR)通過RDI接口與FTDI SERVER 進(jìn)行交互，F(xiàn)TDI SERVER通過USB接口連接仿真系統(tǒng)的HOST模塊，HOST模塊通過RF信道和OBJ模塊進(jìn)行交互，OBJ模塊通過JTAG對目標(biāo)版進(jìn)行調(diào)試和程序的下載。

2.2 系統(tǒng)各單元功能說明和定義

前面已經(jīng)說了仿真系統(tǒng)主要的3個(gè)模塊是FTDI服務(wù)程序，HSOT模塊，OBJ模塊。

圖表1-1項(xiàng)目整體架構(gòu)

圖表 2-1 系統(tǒng)組成模塊間相互通信

圖表 2-2 項(xiàng)目單元功能

圖表 2-41 HOST模塊原理圖

圖表2-42 OBJ模塊原理圖

FTDI服務(wù)程序功能說明和定義：RDI接口是ARM公司提出的調(diào)試接口標(biāo)準(zhǔn)，主要用于ARM芯片的JTAG仿真。調(diào)試軟件IAR通過RDI協(xié)議將調(diào)試程序或者下載程序用的指令和數(shù)據(jù)傳給英商飛特帝亞有限公司（FTDI）的FTDI服務(wù)程序，F(xiàn)TDI服務(wù)程序?qū)DI協(xié)議的數(shù)據(jù)和指令進(jìn)行轉(zhuǎn)化成USB協(xié)議的數(shù)據(jù)和指令發(fā)送給HOST模塊進(jìn)行相應(yīng)的處理。

HOST模塊功能說明和定義：HOST模塊通過USB接口與PC機(jī)相互連接，PC端的FTDI SERVER通過USB將調(diào)試軟件的數(shù)據(jù)和指令傳給HOST模塊后，該模塊對程序數(shù)據(jù)和指令進(jìn)行轉(zhuǎn)換用射頻信號(hào)RF2401傳送出去給OBJ模塊。

OBJ模塊功能說明和定義：OBJ模塊和HOST模塊是采用的RF2401進(jìn)行相互的數(shù)據(jù)交換。HOST模塊傳過來的RF信號(hào)傳給OBJ模塊后，OBJ模塊要對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使得RF信號(hào)傳過來的USB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成JTAG協(xié)議，然后對目標(biāo)版進(jìn)行操作。

2.3 系統(tǒng)對外接口示意圖

圖表 2-3系統(tǒng)對外接口示意圖

2.4 系統(tǒng)原理圖

（1） HOST模塊原理圖

（2） OBJ 模塊原理圖

3 結(jié)論

本題目基于Ti微處理器設(shè)計(jì)無線連接的嵌入式系統(tǒng)仿真工具包。具有“Host模塊”和“Obj模塊”兩個(gè)模塊組成。本文論述的是此系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和主體實(shí)現(xiàn)思路的實(shí)現(xiàn)，在實(shí)現(xiàn)中間牽扯很多的傳輸轉(zhuǎn)換和協(xié)議解析，具體過程：PC端通過USB端口將數(shù)據(jù)發(fā)給HOST模塊，HOST模塊將數(shù)據(jù)通過RF射頻信號(hào)傳給OBJ模塊。然后OBJ模塊將數(shù)據(jù)進(jìn)行解析成JTAG協(xié)議給目標(biāo)版進(jìn)行程序的下載，當(dāng)然目標(biāo)版的信息通過JTAG協(xié)議給OBJ模塊，OBJ模塊通過rf傳給host模塊，然后host又通過USB傳給PC端的調(diào)試程序這樣就是調(diào)試信息反饋的實(shí)現(xiàn)。

PC通過USB無線仿真系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)試代理功能，實(shí)現(xiàn)FLASH燒寫的功能，將來可擴(kuò)展的功能實(shí)現(xiàn)USB信息轉(zhuǎn)UART信號(hào)。