基于T89C51CC0X系列的程序下載器與通訊調試器設計

2．系統結構框圖
2.1 系統原理框圖。如圖1所示，PC機通過(guò)高速的USB方式或低速的UART方式連接到下載調試器上，下載調試器將PC的消息封裝成CAN命令幀的形式轉發(fā)，完成下載功能或CAN節點(diǎn)調試功能。

2.2 調試器框圖。如圖1所示，當使用CAN調試器功能時(shí)，在CAN總線(xiàn)上可以?huà)旖佣鄠€(gè)設備。CAN調試器作為一個(gè)智能終端，參與總線(xiàn)的運行。
2.3下載器原理框圖。如圖2所示，當使用下載器功能時(shí)，用戶(hù)可以選擇CAN下載方式或串口下載方式，但為了保證下載的正確性，每次只允許連接一個(gè)從設備。

圖2：下載器原理框圖
3．下載調試器硬件及框圖
下載調試器連接PC機和CAN總線(xiàn)上的節點(diǎn)，完成數據流格式的轉換，并且利用內部的RAM空間對上/下行數據流的速度進(jìn)行緩沖匹配。整個(gè)硬件主要分成四個(gè)部分：主控器件、通訊轉換芯片、功能控制部分和電源部分。硬件框圖和電路圖分別為圖3和圖4。

3．1 主控器件
主控芯片為Atmel公司的T89C51CC01芯片，該芯片采用51內核技術(shù)，與其它單片機相比具有很多的優(yōu)勢：
?豐富的內部資源： 32Kbytes 片內Flash、 256bytes片內RAM、 1Kbytes片內XRAM、2Kbytes片內EEPROM、2Kbytes片內程序引導區、八通道10位AD等。
?內部集成完全支持V2.0A/V2.0B標準的CAN控制器，該控制器具有15個(gè)獨立的郵箱，每個(gè)郵箱具有多種工作模式。消息的接收、發(fā)送、校驗過(guò)程完全通過(guò)硬件來(lái)完成，不需要用戶(hù)的干預。
?片內程序引導區支持ISP（In-Systerm Programming）和IAP（In-Application Programming）功能，使程序下載變得非常容易。
3．2 通訊轉換芯片
下載調試器與PC機的接口芯片為PL2303，它完全支持USB協(xié)議V1.1，能夠自動(dòng)完成USB數據格式和UART數據格式間的轉換。并且為了匹配兩種方式的速度，該芯片分別為上傳和下傳的數據流配置了256字節的RAM。CAN總線(xiàn)的驅動(dòng)芯片為ATA6660，它將TTL電平轉換為差分信號輸出，在通訊距離達到10km時(shí)，傳輸速率仍可達到50kbit/s。
3．3 控制電路
控制電路主要有三個(gè)功能：下載器功能或調試器功能選擇，串口下載方式或CAN下載方式選擇，硬件復位條件控制。
4．編程器功能
4．1 編程對象
編程器的主要服務(wù)對象為一系列支持CAN下載或串口下載的器件，如T89C51CC01/02/03等。T89C51CC01在保留51系列并行下載方式的基礎上，又擴展了串口UART或CAN 的ISP（在線(xiàn)）下載方式。 T89C51CC01有兩個(gè)系列，T89C51CC01UA芯片的程序引導區在生產(chǎn)時(shí)固化了UART引導程序，支持UART方式的在線(xiàn)下載功能；T89C51CC01CA芯片的程序引導區固化了CAN引導程序，支持CAN總線(xiàn)方式的在線(xiàn)下載功能。本文以CAN下載方式為例介紹下載原理。為了表達的方便，將用戶(hù)的PC機稱(chēng)為主機，被編程的器件稱(chēng)為從機。
4．2 T89C51CC01CA芯片的程序引導區
T89C51CC01CA芯片內部有2Kbytes的程序引導區，分成3個(gè)部分：ISP通訊管理、函數調用管理、Flash存儲器管理。“ISP通訊管理”部分管理從機引導程序區和編程器間的通訊，對編程器的串行數據流進(jìn)行解釋并轉換為對從機Flash存儲器的訪(fǎng)問(wèn)；“函數調用管理”為IAP提供各種函數；“Flash存儲器管理”執行對從機Flash存儲器底層的讀、寫(xiě)操作。
4．3 編程流程
從機中固化的驅動(dòng)程序遵守CAN2.0A標準幀協(xié)議格式，數據幀的11位標識符用來(lái)對目標器件和目標器件的寄存器尋址。因此將標識符的高8位作為基地址，用來(lái)區分不同的器件；將標識符的低3位作為偏移地址，用來(lái)代表不同的命令。編程器首先發(fā)送偏移地址為0的數據幀，進(jìn)行通訊初始；接著(zhù)編程器發(fā)送偏移地址為1的數據幀，選擇編程區域（Flash或EEPROM），并設置編程的起始和結束位置；從機發(fā)回應答消息后，編程器通過(guò)偏移地址為2的數據幀連續發(fā)送編程數據；一個(gè)數據塊發(fā)送完畢后，編程器繼續選擇需要編程的區域，直到完成整個(gè)寫(xiě)數據任務(wù)；此后編程器發(fā)送偏移地址為3的數據幀讀取從機Flash或EEPROM中的數據，完成數據校驗的任務(wù)。編程器也可以發(fā)送偏移地址為4或5的數據幀對一些配置字節進(jìn)行修改。下載的流程圖如圖5：

編程器使用FLIP軟件，這個(gè)軟件可以從Atmel公司的網(wǎng)站上免費獲得。
5．CAN調試器功能
本設計的另一個(gè)重要功能是作為調試器使用，對具有CAN功能的節點(diǎn)進(jìn)行通訊調試。主機通過(guò)高速的USB口與調試器通訊，調試器將主機的數據流封裝成具有CAN2.0A或CAN2.0B格式的命令幀，再由CAN控制器發(fā)送到總線(xiàn)上；而接收到的報文經(jīng)過(guò)相反的數據轉換過(guò)程傳回到主機上。
主機的CAN調試界面用VB程序編寫(xiě)的，分通用功能界面（圖6）和面向應用的CAN總線(xiàn)調試界面（圖7）兩個(gè)部分。兩種功能的側重點(diǎn)不同，前一種主要用于節點(diǎn)的初期調試，重點(diǎn)在于實(shí)現節點(diǎn)間的通訊連接和節點(diǎn)狀態(tài)測試；后一種用于實(shí)現具體的任務(wù)，重點(diǎn)在于節點(diǎn)間任務(wù)分配和全局時(shí)序響應。兩個(gè)部分在功能上相互補充，滿(mǎn)足不同層次的需要。
5．1 CAN總線(xiàn)調試器的通用功能界面設計
CAN總線(xiàn)調試器的通用功能用來(lái)監測總線(xiàn)的狀態(tài)、測試新的命令和接收不同節點(diǎn)的消息幀。例如當CAN總線(xiàn)上加入新的節點(diǎn)或總線(xiàn)出現故障時(shí)，可以用這種方式進(jìn)行調試。如圖7所示，用戶(hù)根據具體的應用要求任意設置CAN的幀結構中的仲裁域、控制域和數據域中的所有位的值，發(fā)送各種命令幀；也可以加入報文過(guò)濾器，有選擇的接收相關(guān)的消息幀。
此種方式的主要功能為：
?改變IDE位的值，選擇發(fā)送標準幀或擴展幀；
?改變仲裁域中基本ID和擴展ID的值，將命令幀發(fā)送到CAN總線(xiàn)上的不同節點(diǎn)；
?修改RTR位的值，選擇發(fā)送數據幀或遠程幀；
?改變數據長(cháng)度，發(fā)送不同長(cháng)度的數據幀；
?改變通訊速率，測試通訊的可靠性，尋求速率和距離的最優(yōu)解決方案；
?改變報文過(guò)濾器的值，接收特定ID范圍內的消息幀，并實(shí)時(shí)顯示；
?顯示各種狀態(tài)值，對總線(xiàn)的健康狀態(tài)進(jìn)行評估；
?將接收到的消息幀保存在用戶(hù)指定的文件中，方便對數據的后期的分析處理；
5．2 面向應用的CAN總線(xiàn)調試器界面設計
該方式面向用戶(hù)的實(shí)際工程，根據任務(wù)的要求為CAN的幀結構中的各種域賦予明確的意義，例如ID碼中就可以包含優(yōu)先級、源器件地址和目標器件地址等。這種方式的重點(diǎn)是系統級任務(wù)的實(shí)現，因此將調試器作為總線(xiàn)上的智能節點(diǎn)，既能接收其它節點(diǎn)的報文，又能對其它節點(diǎn)發(fā)出命令，從而完全具備實(shí)際節點(diǎn)的所有功能，滿(mǎn)足整個(gè)系統的時(shí)序要求。
如圖8所示，為了使界面具有很好的可讀性，將復雜的CAN消息的數字表達方式文字化，即用戶(hù)對命令或報文過(guò)濾器內容設置完成后，可以為命令或報文過(guò)濾器指定一個(gè)名字。各種報文的發(fā)送和接收都以用戶(hù)定義的文字來(lái)表示，程序自動(dòng)在文字與CAN的幀結構間轉換，從而具有很好的可讀性。這種方式下的特點(diǎn)為：
?系統配置文件的管理。每個(gè)工程的命令幀、報文過(guò)濾器的設置和接收的數據被保存在獨立的配置文件中，通過(guò)“文件”菜單可以打開(kāi)、保存和關(guān)閉工程的配置文件，而且可以在編輯當前工程配置文件的基礎上生成新工程的配置文件，簡(jiǎn)化新工程的開(kāi)發(fā)步驟。
?命令管理。在“發(fā)送命令”區顯示了已經(jīng)定義的命令，這些命令都以用戶(hù)定義的名字表示，可以通過(guò)命令按鈕添加、修改、刪除命令，進(jìn)行命令的后期維護。
?報文過(guò)濾。在“接收設置”區顯示了用戶(hù)可以接收的報文的ID，這些ID范圍之外的報文將被屏蔽。通過(guò)命令按鈕可以添加、修改、刪除ID，并且在設置接收過(guò)濾的時(shí)候，可以指定接到報文后系統自動(dòng)回復的消息內容，增加了軟件的靈活性。
6．結束語(yǔ)
本設計將編程器和CAN總線(xiàn)調試器集成到同一個(gè)器件中，開(kāi)發(fā)了相應的操作軟件，提高了器件的使用范圍和方便性。隨著(zhù)CAN總線(xiàn)的廣泛應用，以及CAN下載方式的推廣，這項技術(shù)也將得到進(jìn)一步推廣。