JTAG模式下的MPC5554外部FLASH编程的设计与实现
jtag模式下的mpc5554外部flash编程的设计与实现
0 引 言
随着信息技术的发展，嵌入式系统越来越广泛地应用于手机通信、汽车、航空航天、工业控制等领域。在这些电子产品中，大多以嵌人式微处理器为核心，配套相关的外围辅助设备，对控制对象进行软硬件的功能剪裁性设计，并将控制程序固化在非易失性存储器中。flash作为一种存储速度快，容量大，可多次擦写并且价格便宜的存储器得到了广泛的应用。由于有些微处理器内部不包含flash或flash存储空间太小、擦写次数有限，为了提供足够的程序存储空间，需要对其进行外部flash扩展。jtag是目前广泛使用的一种系统在线编程的模式，大大方便了嵌入式系统下载程序至flash。该设计使用的微处理器为mpc5554，通过jtag接口对外扩flash进行编程。
1 mpc5554简介
mpc5554是freescale公司推出的采用powerpc内核的一款32位微控制器．属于mpc5500系列第一代产品，可用于航空航天、汽车、工业控制等嵌入式系统中。如图1所示，mpc5554内部带有浮点运算单元，集成dsp运算指令，拥有较高的计算能力，可以满足多任务处理和实时控制的要求。mpc5554包含64 kb内部sram，32 kb cache，2 mb内部flash，64路edma，24路emios，64路etpu通道，2路esci，4路dspi，3路flexcan，40路12 b a／d(可扩展为64路)，中断控制器，以及jtag，nexus调试接口等功能模块。mpc5554为416脚pbga封装，可在-40～+150℃的环境下工作，系统时钟可达132 mhz，中断延迟小于70 ns(@132 mhz)，内部逻辑供电1．5 v，输入／输出供电3．3 v，5 v，外部总线接口支持1．62～3．6 v操作。
mpc5554提供2 mb可编程、非优化内部flash，可用于指令存取和数据存储。然而mpc5554内部的flash为cmf型flash，这种flash的缺陷是擦写次数有限，以擦写一次为单位计算，mpc5554的内部flash只能进行100次。对于开发人员，这种局限性非常不利于开发阶段的程序写入和功能调试。一种有效方法是扩展外部flash，这样可以在开发阶段将程序写入外部flash，待程序定版后，只需做稍微修改再写入内部flash。此外，当控制对象为复杂的多变量系统时，内部flash往往无法提供足够的程序存储空间，采用外部扩展flash就显得尤为必要。
2 jtag介绍
jtag(joint test action group)成立于1985年，由几家主要的电子制造商发起制订的pcb和ic测试标准。jtag建议于1990年被ieee批准为ieee1149．1-1990测试访问端口和边界扫描结构标准。该标准规定了进行边界扫描所需要的硬件和软件。jtag主要用于：电路的边界扫描测试和可编程芯片的在系统编程。目前mpc5554中使用的jtag为ieee1149．1-2001标准。
jtag是一种嵌入式处理器开发工具的接口，是目前单片机普遍采用的在系统调试和编程方式之一。使用jtag调试模式，用户可以发送指令和数据给处理器，同时也可以接收处理器发送过来的数据，这样就可以在外部实现对处理器的控制并进行一定的操作，譬如读写寄存器、擦除flash、向ram、flash写入数据等。标准的jtag接口是四线：tms，tck，tdi，tdo。相关jtag引脚的定义为：tck为测试时钟输入；tdi为测试数据输入，数据通过tdi引脚输入jtag接口；tdo为测试数据输出，数据通过tdo引脚从jtag接口输出；tms为测试模式选择，tms用来设置jtag接口处于某种特定的测试模式；trst为测试复位，输入引脚，低电平有效。
mpc5554提供jtag和nexus两种调试接口。为了使用方便，freescale公司开发出了针对jtag与nexus共用的专用烧写器与配套软件，为14针脚。其主要特点是双向同步串行通信。同步串行通信时钟由仿真器提供，并与单片机总线时钟同步。通过usbmultilink转换接口(连接到目标板14针jtag／nexus接口上)，可以在线实现烧写、校验、检查、上载、擦写等功能。freescale对14针jtag／nexljs接口引脚定义，参见表1。
3 硬件设计
该系统的硬件设计为基于mpc5554的最小系统板，包括晶振电路、电源模块、i／o模块、a／d转换模块、rs 232通信端口，can端口，跑马灯，外扩2片amd公司的flash芯片am29lv160dt作为程序存储器，2片外扩ram，其功能模块如图2所示。
am29lv160dt存储容量为16 mb，供电方式为2．7～3．6 v单电压供电，无需另外提供flash擦除和写入电压。该芯片有48引脚fbga，48引脚tsop和44引脚so三种封装形式，该系统中使用so44封装形式，图3所示为其引脚逻辑图。其数据宽度可配置为8位(字节)和16位(字)两种模式。flash内部包含35个扇区，每个扇区大小根据数据宽度的不同而不同。表2列出了am29lv160dt的扇区地址分配。
为了在嵌入式系统中获得更高的性能优势，常需要构建32位存储系统，可通过以下两种方式构建：使用2片16位数据宽度的flash存储器芯片并联或者使用1片32位数据宽度的flash存储芯片。该系统设计要求程序存储器为4 mb容量，32位数据宽度，故采用2片am29lv160dt并联构建存储系统，其连接参见图4。将2片flash的byte引脚接高电平，使芯片工作在16位模式下，每片flash传送两个字节数据。该系统为32位数据宽度，所以需要两片flash芯片，同时传送4个字节数据。
由于mpc5554采用是大端数据格式，即高字节位于低地址，而am29lv160dt却与此相反，采用的是小端数据格式，所以在进行电路设计时，将mpc5554的地址线a[29：10]依次连接到2片am29lv160dt的地址线a[0：19]。芯片的ry／by引脚接高电平时可提供多种芯片“忙”监测功能，通过查询数据线检测芯片是否处于擦除或编程等“忙”状态，但在s044封装芯片中并无该引脚，故在该系统中并没有出现ry／by引脚。
4 软件实现
该系统软件开发基于codewarrior，p&e(proces-sor·expert)与jtag组合开发平台，图5是开发平台示意图。其中，codewarrior是freescale公司针对powerpc系列微控制器开发的集成开发环境。codewarrior集编辑器、调试器功能于一体，可进行编码、编译、编辑、链接和调试等开发过程。 codewarrior中使用c／c++语言进行编程。为了便于开发，frees-cale公司开发了供mpc5554配套使用的图形化开发工具p ＆e(processor expert)，通过它对mpc5554各功能模块进行设置，生成相应函数和执行代码，可在codewarrior开发环境中使用。
mpc5554通过外部总线接口(extrenal bus inter-face，ebi)和存储器控制器提供对外部存储器的访问。其中，外部总线接口提供24条地址线和32条数据线与存储器相连，存储器控制器提供4条片选信号线cs[0：3]，1条输出使能信号线oe，4条读写信号线we[0：3]，用于选择和读写外部存储器或设备。mpc5554的24条地址线和4条片选信号配合可以访问64 mb的地址空间。
在软件实现方面，主要是对ebi相关寄存器进行设置，同时在siu(system integration unit)模块对相关管脚进行功能设置，以及对flash自身的程序设计。mpc5554自身划分了若干功能模块，并设有相应的寄存器。mpc5554的大部分引脚具有复用功能，每个引脚通过siu模块的pcr(pad configuration registers)寄存器进行功能选择。例如片选信号引脚功能复用为cs[0：3]_addr[8：11]_gpio[0：3]，作为片选信号需要对寄存器进行设置，其他相关引脚同理设置。
siu．pcr[2]．r=0x0443： ／／cs2
siu．pcr[3]．r=0x0443： ／／cs3
mpc5554的ebi模块对外部数据总线进行设置，对某片选信号相对应的外扩存储器进行地址与存储空间设置。其中，or寄存器通过掩码的方式设置片选信号控制的存储空间大小。例如，cs[3]连接的flash起始地址为0x20000000，存储器空间为2 mb。
ebi．cs[3]．br．r=0x20000003；
ebi．cs[3]．or．r=0xffe00020；
该系统的重点是对flash进行操作的程序，主要是对am29lv160dt内部的命令寄存器按一定的时序写入命令，如表3所示。通过这些命令或命令序列可以实现获得芯片信息、数据读取、整体擦除、扇区擦除和数据写入等功能。
下面附一部分flash擦写程序。
5 结 语
在此实现了在jtag模式下对mpc5554外部flash的编程设计，验证了codewarrior，p&e与jtag组合开发平台的可用性，为mpc5554微控制器用于复杂多变量系统开发打下了基础。
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1 mpc5554简介
mpc5554是freescale公司推出的采用powerpc内核的一款32位微控制器．属于mpc5500系列第一代产品，可用于航空航天、汽车、工业控制等嵌入式系统中。如图1所示，mpc5554内部带有浮点运算单元，集成dsp运算指令，拥有较高的计算能力，可以满足多任务处理和实时控制的要求。mpc5554包含64 kb内部sram，32 kb cache，2 mb内部flash，64路edma，24路emios，64路etpu通道，2路esci，4路dspi，3路flexcan，40路12 b a／d(可扩展为64路)，中断控制器，以及jtag，nexus调试接口等功能模块。mpc5554为416脚pbga封装，可在-40～+150℃的环境下工作，系统时钟可达132 mhz，中断延迟小于70 ns(@132 mhz)，内部逻辑供电1．5 v，输入／输出供电3．3 v，5 v，外部总线接口支持1．62～3．6 v操作。
mpc5554提供2 mb可编程、非优化内部flash，可用于指令存取和数据存储。然而mpc5554内部的flash为cmf型flash，这种flash的缺陷是擦写次数有限，以擦写一次为单位计算，mpc5554的内部flash只能进行100次。对于开发人员，这种局限性非常不利于开发阶段的程序写入和功能调试。一种有效方法是扩展外部flash，这样可以在开发阶段将程序写入外部flash，待程序定版后，只需做稍微修改再写入内部flash。此外，当控制对象为复杂的多变量系统时，内部flash往往无法提供足够的程序存储空间，采用外部扩展flash就显得尤为必要。
2 jtag介绍
jtag(joint test action group)成立于1985年，由几家主要的电子制造商发起制订的pcb和ic测试标准。jtag建议于1990年被ieee批准为ieee1149．1-1990测试访问端口和边界扫描结构标准。该标准规定了进行边界扫描所需要的硬件和软件。jtag主要用于：电路的边界扫描测试和可编程芯片的在系统编程。目前mpc5554中使用的jtag为ieee1149．1-2001标准。
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为了在嵌入式系统中获得更高的性能优势，常需要构建32位存储系统，可通过以下两种方式构建：使用2片16位数据宽度的flash存储器芯片并联或者使用1片32位数据宽度的flash存储芯片。该系统设计要求程序存储器为4 mb容量，32位数据宽度，故采用2片am29lv160dt并联构建存储系统，其连接参见图4。将2片flash的byte引脚接高电平，使芯片工作在16位模式下，每片flash传送两个字节数据。该系统为32位数据宽度，所以需要两片flash芯片，同时传送4个字节数据。
由于mpc5554采用是大端数据格式，即高字节位于低地址，而am29lv160dt却与此相反，采用的是小端数据格式，所以在进行电路设计时，将mpc5554的地址线a[29：10]依次连接到2片am29lv160dt的地址线a[0：19]。芯片的ry／by引脚接高电平时可提供多种芯片“忙”监测功能，通过查询数据线检测芯片是否处于擦除或编程等“忙”状态，但在s044封装芯片中并无该引脚，故在该系统中并没有出现ry／by引脚。
4 软件实现
该系统软件开发基于codewarrior，p&e(proces-sor·expert)与jtag组合开发平台，图5是开发平台示意图。其中，codewarrior是freescale公司针对powerpc系列微控制器开发的集成开发环境。codewarrior集编辑器、调试器功能于一体，可进行编码、编译、编辑、链接和调试等开发过程。 codewarrior中使用c／c++语言进行编程。为了便于开发，frees-cale公司开发了供mpc5554配套使用的图形化开发工具p ＆e(processor expert)，通过它对mpc5554各功能模块进行设置，生成相应函数和执行代码，可在codewarrior开发环境中使用。
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ebi．cs[3]．br．r=0x20000003；
ebi．cs[3]．or．r=0xffe00020；
该系统的重点是对flash进行操作的程序，主要是对am29lv160dt内部的命令寄存器按一定的时序写入命令，如表3所示。通过这些命令或命令序列可以实现获得芯片信息、数据读取、整体擦除、扇区擦除和数据写入等功能。
下面附一部分flash擦写程序。
5 结 语
在此实现了在jtag模式下对mpc5554外部flash的编程设计，验证了codewarrior，p&e与jtag组合开发平台的可用性，为mpc5554微控制器用于复杂多变量系统开发打下了基础。
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