CN106569972B - 基于usb接口的jtag单片机无线仿真器和方法 - Google Patents

基于usb接口的jtag单片机无线仿真器和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于USB接口的JTAG单片机无线仿真器和方法。基于USB接口的JTAG单片机无线仿真器包括无线仿真器调试端和无线仿真器目标端。基于USB接口的JTAG单片机无线仿真方法包括1初始化UART/UART信息交换控制器；2初始化定时器；3禁定时操作；4初始化UART0接口；5初始化UART1接口；6功能选择；7接收调试命令；8重置定时常数；9转步骤6；10若允许发送数据转步骤11；否则转步骤6；11发送数据；12若发送完成转步骤13；否则转步骤6；13清除UART0发送标志；14转步骤6；15设置UART0发送标志；16禁定时操作；17转步骤6；18接收数据；19转发数据；20转步骤6。

Description

基于USB接口的JTAG单片机无线仿真器和方法
技术领域
本发明涉及单片机仿真器，特别涉及基于USB接口的JTAG单片机无线仿真器和方法。
背景技术
随着单片机技术和机器人技术的发展，基于单片机的机器人控制***得到广泛应用，单片机程序的开发显得尤为重要，而调试则是程序开发过程中必不可少的环节。
由于单片机资源的有限性，开发者无法直接在单片机控制***上编辑和调试单片机程序，这就决定了开发单片机程序只能采用交叉开发方式。所谓交叉开发方式是单片机程序的集成开发环境运行在硬件资源丰富的通用计算机上，通常称其为调试主机，单片机程序的编辑、编译、连接、下载、调试等过程都是在调试计算机上完成的；而单片机程序的最终运行平台却是和调试计算机有很大区别的单片机。
如图1所示，从硬件上看，一个单片机程序的交叉开发***由一台通用计算机***、一个协议转换单片机和一个单片机控制***组成；从软件上看，一个单片机程序的交叉开发***包括运行在通用计算机***之上的单片机程序集成开发环境、运行于仿真器单片机的UART/JTAG协议转换程序和运行于单片机的控制程序。
仿真器是单片机控制***中一个不可或缺的工具。单片机控制***开发，特别是***启动代码或者板级FLASH编程的开发调试，一般都是基于如图1所示的开发架构。而集成开发环境主要包括程序管理器、程序编辑器、交叉编译器、交叉连接器、交叉调试器以及其它的一些交叉实用工具等，集成开发环境的开发占据了开发成本和时间的大部分。
现有货架产品仿真器几乎全部是有线连接的，其中占据绝大部分的货架产品又是基于USB接口的JTAG有线仿真器，调试移动机器人单片机控制***的程序时采用这种JTAG仿真器有时显得十分不便。采用无线连接仿真器是一种有效的解决方案，同时又希望保留目前JTAG仿真器一样的使用方便性和协议转换程序的更换便利性。所谓的使用方便性是指仍然可以采用仿真器生产厂商或第三方厂商提供的单片机程序集成开发环境；而所谓的协议转换程序的更换便利性是指一样的可以在线下载更换所需要的协议转换程序，以适应不同类型和型号的单片机控制***的程序调试需要。
根据检索到的产品介绍、科技文献和专利申请资料，其中代表性的仿真器和方法包括：
西安邮电大学发表的论文“USB接口无线仿真器——硬件模块设计”，如图2所示，采用TI公司的MSP430作为主控芯片，以射频作为通信方式，实现了一套USB协议转到JTAG协议的无线仿真***，可支持所有的LM3S系列MCU的程序的调试和下载。
如图3所示，苏州大学申请的发明专利“一种基于WiFi技术的单片机无线仿真调试***”(申请号：201310442259.7)公开了一种基于WiFi技术的单片机无线仿真调试***，目的是在小型无人飞行器飞行的时候，用户可以使用PC机对在小型无人飞行器上的单片机进行仿真调试。即单片机仿真器可以脱离计算机、独立安置于被调试设备上；用户在PC机上通过WiFi无线通信的方式，对正随着小型无人飞行器飞行的单片机进行仿真和调试。
但是目前市场上的USB接口无线仿真器均存在以下不足之处：
1、不支持第三方集成开发环境；
2、在现有技术的描述中都没有关于第三方提供的单片机程序集成开发环境方面的内容。从图1与图2、图3的比较推断，由于USB设备的热插拔性使得现有技术均不支持第三方的集成开发环境。而编写此类集成开发环境软件需要花费的成本和时间占据开发一个仿真器所需花费的总成本和时间的大部分；
3、不支持JTAG协议转换程序的在线更换
在现有技术的描述中都没有如何更换JTAG协议转换程序方面的内容。不同公司、不同系列和不同型号的单片计算机可能包括不同的JTAG调试协议，仿真器应根据调试不同的单片机而存储不同的协议转换程序。由此可见，仿真器应提供更换协议转换程序的方法以满足不同使用者的不同需求。现有技术(1)文献中声明只对TI公司的LM3S系列单片机有效，这只是因为LM3S系列到文献发表时推出的单片机的JTAG协议相同。
发明内容
发明目的：本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明的第一个目的在于公开基于USB接口的JTAG单片机无线仿真器。本发明的第二个目的在于公开基于USB接口的JTAG单片机无线仿真方法。
技术方案：基于USB接口的JTAG单片机无线仿真器，包括无线仿真器调试端和无线仿真器目标端，
所述无线仿真器调试端通过无线通信方式与所述无线仿真器目标端通信互联；
所述无线仿真器调试端包括
一个USB接口插座、一个USB/UART通信转换控制器、一个UART/WiFi通信转换控制器和一个带天线的第一WiFi信号滤波器，
所述的USB/UART通信转换控制器包括含有USB接口和UART接口的微控制器，
所述的UART/WiFi通信转换控制器包括含有UART接口和RF接口的微控制器，
所述的USB接口插座通过USB线缆与调试计算机通信互联，所述USB接口插座与所述的USB/UART通信转换控制器的USB读写接口通信互联，
所述的USB/UART通信转换控制器的UART接口与所述的UART/WiFi通信转换控制器的UART接口通信互联，所述的UART/WiFi通信转换控制器的RF接口与所述的第一WiFi信号滤波器通信互联，
所述的无线仿真器目标端包括一个带天线的第二WiFi信号滤波器、一个WiFi/UART通信转换控制器、一个UART/UART信息交换控制器、一个UART/JTAG协议转换控制器和一个JTAG信号插座，
所述的WiFi/UART通信转换控制器包括含有RF接口和UART接口的微控制器，
所述的UART/UART信息交换控制器包括含有UART0接口、UART1接口、定时器和数字输入接口的微处理器，
所述的UART/JTAG协议转换控制器包括含有UART接口、数字输出接口和数字输入输出接口的微处理器，
所述第二WiFi信号滤波器与所述的WiFi/UART通信转换控制器的RF接口通信互联，
所述的WiFi/UART通信转换控制器的UART接口与所述的UART/UART信息交换控制器的UART1接口通信互联，
所述的UART/UART信息交换控制器的UART0接口与所述的UART/JTAG协议转换控制器的UART接口通信互联，所述的UART/UART信息交换控制器的数字输入接口与所述的UART/JTAG协议转换控制器的数字输出接口相连，
所述的UART/JTAG协议转换控制器的数字输入输出接口与所述的JTAG信号插座通信互联。
进一步地，所述的UART/UART信息交换控制器采用MSP430F5418A微控制器。
进一步地，所述的UART/JTAG协议转换控制器采用MSP430F1612微控制器。
进一步地，所述的WiFi/UART通信转换控制器采用USR-C322模块并设置为STA无线站点的客户端模式。
进一步地，所述的USB/UART通信转换控制器为TUSB3410USB/UART通信转换控制器。
进一步地，所述的UART/WiFi通信转换控制器采用USR-C322模块并设置为AP无线接入点的服务器模式。
基于USB接口的JTAG单片机无线仿真方法，采用上述基于USB接口的JTAG单片机无线仿真器，包括以下步骤：
步骤1：初始化UART/UART信息交换控制器，进入步骤2；
步骤2：初始化UART/UART信息交换控制器的定时器，进入步骤3；
步骤3：禁止UART/UART信息交换控制器的定时器的定时操作，进入步骤4；
步骤4：初始化UART/UART信息交换控制器的UART0接口，进入步骤5；
步骤5：初始化UART/UART信息交换控制器的UART1接口，进入步骤6；
步骤6：功能选择
如果UART1接收到数据，转步骤7；
如果UART0需要发送数据，转步骤10；
如果定时器溢出，转步骤15；
如果UART0接收到数据，转步骤18；
步骤7：接收并保存来自调试计算机的调试命令和数据，进入步骤8；
步骤8：重置定时器的定时常数，重新计时，进入步骤9；
步骤9：转步骤6；
步骤10：如果协议转换控制器允许信息交换控制器向其发送数据，转步骤11；否则转步骤6；
步骤11：向协议转换控制器发送一个字节数据，进入步骤12；
步骤12：如果发送完全部数据，转步骤13；否则转步骤6；
步骤13：清除UART0发送标志，进入步骤14；
步骤14：转步骤6；
步骤15：设置UART0发送标志，进入步骤16；
步骤16：禁止定时器的定时操作，进入步骤17；
步骤17：转步骤6；
步骤18：接收来自协议转换控制器的被调试单片机的状态和数据，进入步骤19；
步骤19：通过UART1的发送端口向调试计算机转发接收的数据，进入步骤20；
步骤20：转步骤6。
有益效果：本发明公开的基于USB接口的JTAG单片机无线仿真器和方法具有以下有益效果：
1、在实现有线仿真器扩展为无线仿真器的同时保留了原有的有线仿真器工作模式，这时只需断开USB/UART通信转换控制器的UART接口与UART/WiFi通信转换控制器的UART接口的通信互联，断开UART/UART信息交换控制器的第一UART接口与UART/JTAG协议转换控制器的UART接口的通信互联，断开UART/UART信息交换控制器的数字输入接口与UART/JTAG协议转换控制器的数字输出接口的通信互联，连接USB/UART通信转换控制器的UART接口与UART/JTAG协议转换控制器的UART接口的通信互联，连接USB/UART通信转换控制器的UART接口与UART/JTAG协议转换控制器的数字输出接口的通信互联；
2、完全支持第三方集成开发环境，用户无需学习就能掌握无线仿真器的使用方法；
3、完全支持JTAG协议转换程序的在线更换。
附图说明
图1为一个控制程序的交叉开发***示意图
图2为一种现有的USB接口无线仿真器的结构示意图；
图3为另外一种现有的USB接口无线仿真器的结构示意图；
图4为本发明公开的基于USB接口的JTAG单片机无线仿真器的结构示意图；
图5为本发明公开的基于USB接口的JTAG单片机无线仿真器的调试端结构示意图；
图6为本发明公开的基于USB接口的JTAG单片机无线仿真器的目标端结构示意图；
图7为本发明公开的基于USB接口的JTAG单片机无线仿真方法的流程图；
其中：
100-无线仿真器调试端 110-USB接口插座
120-USB/UART通信转换控制器
130-UART/WiFi通信转换控制器
140-第一WiFi信号滤波器
200-无线仿真器目标端 210-第二WiFi信号滤波器
220-WiFi/UART通信转换控制器
230-UART/UART信息交换控制器
240-UART/JTAG协议转换控制器
250-JTAG信号插座
具体实施方式：
下面对本发明的具体实施方式详细说明。
如图4～6所示，基于USB接口的JTAG单片机无线仿真器，包括无线仿真器调试端100和无线仿真器目标端200，
无线仿真器调试端100通过无线通信方式与无线仿真器目标端200通信互联；
无线仿真器调试端100，包括
一个USB接口插座110、一个USB/UART通信转换控制器120、一个UART/WiFi通信转换控制器130和一个带天线的第一WiFi信号滤波器140，
USB/UART通信转换控制器120包括含有USB接口和UART接口的微控制器，
UART/WiFi通信转换控制器130包括含有UART接口和RF接口的微控制器，
USB接口插座110通过USB线缆与调试计算机通信互联，USB接口插座110与USB/UART通信转换控制器120的USB读写接口通信互联，
USB/UART通信转换控制器120的UART接口与UART/WiFi通信转换控制器130的UART接口通信互联，UART/WiFi通信转换控制器130的RF接口与第一WiFi信号滤波器140通信互联，
无线仿真器目标端200包括一个带天线的第二WiFi信号滤波器210、一个WiFi/UART通信转换控制器220、一个UART/UART信息交换控制器230、一个UART/JTAG协议转换控制器240和一个JTAG信号插座250，
WiFi/UART通信转换控制器220包括含有RF接口和UART接口的微控制器，
UART/UART信息交换控制器230包括含有UART0接口、UART1接口、定时器和数字输入接口的微处理器，
UART/JTAG协议转换控制器240包括含有UART接口、数字输出接口和数字输入输出接口的微处理器，
第二WiFi信号滤波器210与WiFi/UART通信转换控制器220的RF接口通信互联，
WiFi/UART通信转换控制器220的UART接口与UART/UART信息交换控制器230的UART1接口通信互联，
UART/UART信息交换控制器230的UART0接口与UART/JTAG协议转换控制器240的UART接口通信互联，UART/UART信息交换控制器230的数字输入接口与UART/JTAG协议转换控制器240的数字输出接口相连，
UART/JTAG协议转换控制器240的数字输入输出接口与JTAG信号插座250通信互联。
进一步地，UART/UART信息交换控制器230采用MSP430F5418A微控制器。
进一步地，UART/JTAG协议转换控制器240采用MSP430F1612微控制器。
进一步地，WiFi/UART通信转换控制器220采用USR-C322模块并设置为STA无线站点的客户端模式。
进一步地，USB/UART通信转换控制器120为TUSB3410USB/UART通信转换控制器。
进一步地，UART/WiFi通信转换控制器130采用USR-C322模块并设置为AP无线接入点的服务器模式。
如图7所示，基于USB接口的JTAG单片机无线仿真方法，采用上述基于USB接口的JTAG单片机无线仿真器，包括以下步骤：
步骤1：初始化UART/UART信息交换控制器230，进入步骤2；
步骤2：初始化UART/UART信息交换控制器230的定时器，进入步骤3；
步骤3：禁止UART/UART信息交换控制器230的定时器的定时操作，进入步骤4；
步骤4：初始化UART/UART信息交换控制器230的UART0接口，进入步骤5；
步骤5：初始化UART/UART信息交换控制器230的UART1接口，进入步骤6；
步骤6：功能选择
如果UART1接收到数据，转步骤7；
如果UART0需要发送数据，转步骤10；
如果定时器溢出，转步骤15；
如果UART0接收到数据，转步骤18；
步骤7：接收并保存来自调试计算机的调试命令和数据，进入步骤8；
步骤8：重置定时器的定时常数，重新计时，进入步骤9；
步骤9：转步骤6；
步骤10：如果协议转换控制器允许信息交换控制器向其发送数据，转步骤11；否则转步骤6；
步骤11：向协议转换控制器发送一个字节数据，进入步骤12；
步骤12：如果发送完全部数据，转步骤13；否则转步骤6；
步骤13：清除UART0发送标志，进入步骤14；
步骤14：转步骤6；
步骤15：设置UART0发送标志，进入步骤16；
步骤16：禁止定时器的定时操作，进入步骤17；
步骤17：转步骤6；
步骤18：接收来自协议转换控制器的被调试单片机的状态和数据，进入步骤19；
步骤19：通过UART1的发送端口向调试计算机转发接收的数据，进入步骤20；
步骤20：转步骤6。
上面对本发明的实施方式做了详细说明。但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (6)

1.基于USB接口的JTAG单片机无线仿真器，其特征在于，包括无线仿真器调试端和无线仿真器目标端，
所述无线仿真器调试端通过无线通信方式与所述无线仿真器目标端通信互联；
所述无线仿真器调试端包括
一个USB接口插座、一个USB/UART通信转换控制器、一个UART/WiFi通信转换控制器和一个带天线的第一WiFi信号滤波器，
所述的USB/UART通信转换控制器包括含有USB接口和UART接口的微控制器，
所述的UART/WiFi通信转换控制器包括含有UART接口和RF接口的微控制器，
所述的USB接口插座通过USB线缆与调试计算机通信互联，所述USB接口插座与所述的USB/UART通信转换控制器的USB读写接口通信互联，
所述的USB/UART通信转换控制器的UART接口与所述的UART/WiFi通信转换控制器的UART接口通信互联，所述的UART/WiFi通信转换控制器的RF接口与所述的第一WiFi信号滤波器通信互联，
所述的无线仿真器目标端包括一个带天线的第二WiFi信号滤波器、一个WiFi/UART通信转换控制器、一个UART/UART信息交换控制器、一个UART/JTAG协议转换控制器和一个JTAG信号插座，
所述的WiFi/UART通信转换控制器包括含有RF接口和UART接口的微控制器，
所述的UART/UART信息交换控制器包括含有UART0接口、UART1接口、定时器和数字输入接口的微处理器，
所述的UART/JTAG协议转换控制器包括含有UART接口、数字输出接口和数字输入输出接口的微处理器，所述的UART/JTAG协议转换控制器采用MSP430F1612微控制器；
所述第二WiFi信号滤波器与所述的WiFi/UART通信转换控制器的RF接口通信互联，
所述的WiFi/UART通信转换控制器的UART接口与所述的UART/UART信息交换控制器的UART1接口通信互联，
所述的UART/UART信息交换控制器的UART0接口与所述的UART/JTAG协议转换控制器的UART接口通信互联，所述的UART/UART信息交换控制器的数字输入接口与所述的UART/JTAG协议转换控制器的数字输出接口相连，
所述的UART/JTAG协议转换控制器的数字输入输出接口与所述的JTAG信号插座通信互联。
2.根据权利要求1所述的基于USB接口的JTAG单片机无线仿真器，其特征在于，所述的UART/UART信息交换控制器采用MSP430F5418A微控制器。
3.根据权利要求1所述的基于USB接口的JTAG单片机无线仿真器，其特征在于，所述的WiFi/UART通信转换控制器采用USR-C322模块并设置为STA无线站点的客户端模式。
4.根据权利要求1所述的基于USB接口的JTAG单片机无线仿真器，其特征在于，所述的USB/UART通信转换控制器为TUSB3410USB/UART通信转换控制器。
5.根据权利要求1所述的基于USB接口的JTAG单片机无线仿真器，其特征在于，所述的UART/WiFi通信转换控制器采用USR-C322模块并设置为AP无线接入点的服务器模式。
6.基于USB接口的JTAG单片机无线仿真方法，采用如权利要求1～5任意一项所述的基于USB接口的JTAG单片机无线仿真器，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：初始化UART/UART信息交换控制器，进入步骤2；
步骤2：初始化UART/UART信息交换控制器的定时器，进入步骤3；
步骤3：禁止UART/UART信息交换控制器的定时器的定时操作，进入步骤4；
步骤4：初始化UART/UART信息交换控制器的UART0接口，进入
步骤5；
步骤5：初始化UART/UART信息交换控制器的UART1接口，进入
步骤6；
步骤6：功能选择
如果UART1接收到数据，转步骤7；
如果UART0需要发送数据，转步骤10；
如果定时器溢出，转步骤15；
如果UART0接收到数据，转步骤18；
步骤7：接收并保存来自调试计算机的调试命令和数据，进入步骤8；
步骤8：重置定时器的定时常数，重新计时，进入步骤9；
步骤9：转步骤6；
步骤10：如果协议转换控制器允许信息交换控制器向其发送数据，转步骤11；否则转步骤6；
步骤11：向协议转换控制器发送一个字节数据，进入步骤12；
步骤12：如果发送完全部数据，转步骤13；否则转步骤6；
步骤13：清除UART0发送标志，进入步骤14；
步骤14：转步骤6；
步骤15：设置UART0发送标志，进入步骤16；
步骤16：禁止定时器的定时操作，进入步骤17；
步骤17：转步骤6；
步骤18：接收来自协议转换控制器的被调试单片机的状态和数据，进入步骤19；
步骤19：通过UART1的发送端口向调试计算机转发接收的数据，进入步骤20；
步骤20：转步骤6。
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