摘要：下載電纜被廣泛應(yīng)用于電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試過(guò)程中。本文介紹它的基本原理和編程控制方法；針對(duì)目前單片機(jī)的ISP串行編程模式列舉實(shí)例，簡(jiǎn)要介紹AT89S5X的串行編程的方法和部分協(xié)議，使用VC編程，應(yīng)用下載電纜實(shí)現(xiàn)對(duì)AT89S5X系列單片機(jī)的ISP編程；文末提出統(tǒng)一下載電纜硬件或軟件的設(shè)想，并提供可以下載支持多種單片機(jī)ISP編程軟件的網(wǎng)址。 關(guān)鍵詞：下載電纜 串行編程 AT89S5X ISP引言隨著電子技術(shù)的日益發(fā)展，芯片的規(guī)模越來(lái)越大，封裝日趨小型化，相應(yīng)的對(duì)系統(tǒng)板級(jí)調(diào)試?yán)щy也在加大。IEEE制定了標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試端口與邊界掃描的標(biāo)準(zhǔn)IEEE std 1149.1，這就是JTAG接口協(xié)議。JTAG接口通過(guò)TCK、TDI、TDO、TMS四根信號(hào)線，以串行模式為系統(tǒng)提供了對(duì)復(fù)雜芯片的各引腳連通性測(cè)試，進(jìn)步還能實(shí)現(xiàn)對(duì)可編程芯片的配置與處理器芯片的調(diào)試等等。下載電纜就是一種使用計(jì)算機(jī)的并行端口通過(guò)軟件的仿零點(diǎn)實(shí)現(xiàn)JTAG接口協(xié)議，訪問(wèn)可編程芯片的廉價(jià)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(kāi)發(fā)的ByteBlasterMV電纜。ISP（在系統(tǒng)可編程的簡(jiǎn)稱）是最先由 Lattice公司提出的一種技術(shù)，是通過(guò)同步串行方式實(shí)現(xiàn)對(duì)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(biāo)準(zhǔn)。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(kāi)發(fā)的流程，大大方便了開(kāi)發(fā)者，加快了開(kāi)發(fā)速度�，F(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(jī)也不例外，Atmel公司推出的AT89S系列51單片機(jī)也符合ISP特性。
1 下載電纜的硬件要實(shí)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(wèn)，成本較高。下載電纜則是實(shí)現(xiàn)JTAG接口協(xié)議的廉價(jià)方案。它僅命名用74HC244做線路驅(qū)動(dòng)，由計(jì)算機(jī)的并行端口引出I/O作為TCK、TDI、TDO、TMS等信號(hào)線。由于并口在SPP模式下共有3個(gè)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(gè)端口引出JTAG信號(hào)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(jiǎn)介：計(jì)算機(jī)的并行端口工作在SPP模式下，對(duì)它的控制是通過(guò)數(shù)據(jù)輸出端口、控制輸出端口、狀態(tài)輸入端口來(lái)實(shí)現(xiàn)的。并行口有25個(gè)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)�？刂贫丝冢�37AH）：*C3（nSelin）、S2（nInit）、*C（AnutoFeed）、*C0(nStrobe)。（）（端口地址是缺省的LPT1設(shè)置；*表示此引腳有反向器）表1為并行端口定義。對(duì)應(yīng)原理圖有：Altera的下載電纜TCK、TDI、TMS、TDO分別對(duì)應(yīng)D0、D6、D1、*S7；Atmel的電纜TCK、TDI、TMS、TDO分別對(duì)應(yīng)*C0、D0、*C3、S6。
表1 并行端口定義表 | | 引腳號(hào) | 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(jì)算機(jī)控制下載電纜實(shí)現(xiàn)JTAG協(xié)議，就是對(duì)并口3個(gè)I/O端口的讀寫操作，用0-1的變化來(lái)模擬JTAG時(shí)序。在Win98和Win2000環(huán)境下讀寫I/O，需要驅(qū)動(dòng)程序。本文使用DriverLINX Port I/O Driver(可以從WWW.sstnet.com下載)來(lái)實(shí)現(xiàn)I/O端口訪問(wèn)。安裝DLPORTIO以后，通過(guò)調(diào)用DLPORTIO.DLL動(dòng)態(tài)連接庫(kù)中的UCHAR DLPORT_API D1PortRead PortUchar(IN ULONG Port)；
VOID DLPORT_API D1PortWrite PortUchar(IN ULONG Port,IN UCHAR Value)；兩個(gè)函數(shù)就可以訪問(wèn)位于378H、379H、37AH（這是缺省的LPT1設(shè)置）的3個(gè)并口I/O端口。程序段1實(shí)現(xiàn)了對(duì)Altera下載電纜的一次電平賦值：程序段1Altera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(guò)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(shí)序，就可以訪問(wèn)支持JTAG標(biāo)準(zhǔn)的各種芯片。3 ISP協(xié)議的解析與實(shí)現(xiàn)對(duì)AT89S5X系列單片機(jī)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(lái)模擬時(shí)序：時(shí)鐘信號(hào)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(hào)由程序?qū)崿F(xiàn)情況自動(dòng)生成數(shù)組unsigned char mosi[19]；輸入的數(shù)據(jù)根據(jù)讀入的信號(hào)生成數(shù)組unsigned char miso[19]；再調(diào)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(shí)讀入返回信號(hào)，即完成一次對(duì)AT89S5X芯片的SPI單字節(jié)訪問(wèn)。在單字節(jié)訪問(wèn)基礎(chǔ)上，參考Atmel公司的AT89S5X數(shù)據(jù)手冊(cè)的串行編程指令表中的指令格式，就可以實(shí)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(shuō) 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(chǔ)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(hù)位 | 10101100 | 111000B1B2 | XXXXXXXX | XXXXXXXX | 寫保護(hù)位 | | 讀保護(hù)位 | 00100100 | XXXXXXXX | XXXXXXXX | XXLB3～LB1XX | 讀當(dāng)前保護(hù)位 | | 讀標(biāo)志字節(jié) | 00101000 | XXXA5～A1 | A0XXXXXX | 標(biāo)志數(shù)據(jù) | 讀取標(biāo)志數(shù)據(jù) | | 讀程序頁(yè) | 00110000 | XXXXA11～A8 | 數(shù)據(jù)0 | 數(shù)據(jù)1…255 | 頁(yè)模式讀程序 | | 寫程序?qū)?/td> | 01010000 | XXXXA11～A8 | 數(shù)據(jù)0 | 數(shù)據(jù)1…255 | 頁(yè)模式寫程序 | 注：①串行編程要在RST端接高電平情況下實(shí)現(xiàn)；②X表示此位關(guān)心；③A11～A0是要訪問(wèn)字節(jié)地址；④D7～D0是讀寫的數(shù)據(jù)；⑤B1、B2是保護(hù)位；⑥LB3～LB1表示3種狀態(tài)。針對(duì)AT89S51單片機(jī)，其標(biāo)志字節(jié)為：（00H）1EH、（02H）51H、（04）06H.程序段2將得到AT89S51單片機(jī)的標(biāo)志字節(jié)。（其中SPIcomm()為SPI單字節(jié)訪問(wèn)函數(shù)）。程序段2獲得AT89S51單片機(jī)標(biāo)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(jìn)行串行編程時(shí)的硬件原理圖。4 小結(jié)下載電纜為我們提供了深入芯片內(nèi)部的觸手。通過(guò)JTAG標(biāo)準(zhǔn)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(diào)試處理器的運(yùn)行。小到8位單片機(jī)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(diào)試，上萬(wàn)門FPGA芯片的配置都可以見(jiàn)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(guò)EmbeddedICE 接口實(shí)現(xiàn)對(duì)ARM的開(kāi)發(fā)調(diào)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(dòng)程序等等。目前下載電纜的使用越來(lái)越多，各個(gè)廠商分別推出了自已的符合JTAG標(biāo)準(zhǔn)的芯片或者是使用 ISP技術(shù)的新產(chǎn)品。與此同時(shí)，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(hào)與JTAG信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系不同。往往有時(shí)候開(kāi)發(fā)一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)的下載電纜來(lái)實(shí)現(xiàn)所有JTAG應(yīng)用；或者是通過(guò)一個(gè)計(jì)算機(jī)程序可以通過(guò)配置文件來(lái)使用各種下載電纜。
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