MCF51JM128的類(lèi)U盤(pán)方式在線(xiàn)編程設計

引 言
在線(xiàn)編程(In－Circuit Programming，ICP)是目前普遍應用的一種速度較快的MCU編程方式。對于筆者使用的Freescale半導體公司的8位MCU來(lái)講，通過(guò)芯片本身的串行通信接口進(jìn)行在線(xiàn)編程的速度比使用芯片自帶的MON08或BDM接口進(jìn)行編程的速度要快得多。除了使用串行通信接口進(jìn)行編程，由于自帶USB 模塊的芯片增多，使用USB接口進(jìn)行在線(xiàn)編程速度更快。同時(shí)，由于可以使用USB供電，所以使用的電纜更少。
但筆者也發(fā)現，大部分在線(xiàn)編程系統都包含了PC方程序和MCU方程序兩部分，在線(xiàn)編程時(shí)需要運行PC方的程序方可進(jìn)行，但很多時(shí)候會(huì )遇到因主機或操作系統平臺更換而引起PC方程序無(wú)法運行的情況。針對此種問(wèn)題，筆者嘗試在Freescale半導體公司新推出的帶有USB模塊的MCF51JM128芯片上實(shí)現了類(lèi)U盤(pán)方式的在線(xiàn)編程功能：像U盤(pán)一樣直接將目標文件放入便可實(shí)現編程，省卻了PC方程序，方便了用戶(hù)實(shí)際使用。
MCF51JM128(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“JM128”)是Freescale半導體公司于2008年推出的一款Coldfire V1內核系列的微控制器，該芯片主要特點(diǎn)是內含一個(gè)集成的USB控制器，支持USB2．0全速主機、設備和On-The-Go。這種配置一般出現在高端微處理器中，在其他微處理器中很少出現，可以說(shuō)是JM128非常有競爭力的特色。

1 設計思路
實(shí)現類(lèi)U盤(pán)方式的在線(xiàn)編程功能，主要的工作在于實(shí)現JM128的類(lèi)U盤(pán)功能。筆者在學(xué)習期間參與過(guò)在線(xiàn)編程系統的開(kāi)發(fā)，其中一些已有的功能模塊可以借鑒使用。該設計的主要思路是，通過(guò)開(kāi)發(fā)板上的某引腳狀態(tài)判斷是否進(jìn)入在線(xiàn)編程狀態(tài)，若進(jìn)入則對USB模塊進(jìn)行初始化，完成與PC機的U盤(pán)枚舉的交互工作。 JM128不斷查詢(xún)PC方對U盤(pán)的操作，用戶(hù)此時(shí)可打開(kāi)U盤(pán)將目標文件粘貼，JM128一邊接收目標代碼數據包一邊對數據包進(jìn)行分析，若符合要求則對 Flash編程操作，編程結束后再接收下一包數據。這種U盤(pán)可以稱(chēng)為“類(lèi)U盤(pán)”而不是真正的U盤(pán)，因其并不具有與U盤(pán)相同的存儲功能。

2 軟件設計
在線(xiàn)編程系統的軟件部分主要包括Mass Storage類(lèi)協(xié)議、FAT16文件系統、S19文件解析和Flash驅動(dòng)模塊的設計。Mass Storage類(lèi)協(xié)議和FAT16文件系統用于實(shí)現U盤(pán)功能，是軟件實(shí)現的重點(diǎn)。Flash驅動(dòng)代碼的編寫(xiě)可以參考JM128參考手冊“Flash存儲器”一節。
2．1 Mass Storage類(lèi)協(xié)議的實(shí)現
Mass Storage類(lèi)協(xié)議需要實(shí)現以下部分：一是在設備枚舉階段，提供Mass Storage-類(lèi)協(xié)議描述符，這樣主機就可識別該設備為海量存儲型設備；二是在數據傳輸階段，實(shí)現Bulk-Only(批量傳輸)協(xié)議；三是實(shí)現SCSI命令集。
2．1．1 Mass Storage類(lèi)協(xié)議描述符
USB主機通過(guò)枚舉過(guò)程獲得的USB設備描述符來(lái)獲得設備類(lèi)型和其他信息，并根據這些信息建立通信。這些描述符包括：設備描述符、配置描述符、接口描述符和端點(diǎn)描述符。
JM128芯片USB模塊作為設備控制器時(shí)共有16個(gè)雙向端點(diǎn)(endpoint)，每個(gè)端點(diǎn)的每個(gè)方向都使用雙緩沖區來(lái)達到最大的傳輸吞吐量。本設計中使用了3個(gè)端點(diǎn)。其中端點(diǎn)0為雙向控制端點(diǎn)，用于控制傳輸，枚舉過(guò)程中USB主機僅與該端點(diǎn)進(jìn)行交互，獲得信息。端點(diǎn)1和端點(diǎn)2用于Bulk-Only傳輸：端點(diǎn)1為IN端點(diǎn)，用來(lái)傳輸數據至PC方；端點(diǎn)2為OUT端點(diǎn)，用來(lái)接收PC方發(fā)送過(guò)來(lái)的數據。這些在描述符中都有體現。
2．1．2 批量傳輸協(xié)議的實(shí)現
當設備被識別為Bulk-Only的海量存儲設備后即進(jìn)入批量傳輸方式。在此方式下，USB主機與設備間的所有數據均通過(guò)Bulk-In和Bulk-Out來(lái)進(jìn)行傳輸，不再通過(guò)控制端點(diǎn)傳輸數據。
在Bulk-Only傳輸方式中，USB主機和設備之間傳送3種數據，CBW(Command Block Wrapper，命令塊包)、CSW(Command Status Wrapper，命令狀態(tài)包)和普通數據。CBW中的命令格式遵從SCSI傳輸命令集，USB設備需要分解CBW中包含的指令并執行相應命令，并向主機返回反映當前命令執行狀態(tài)的CSW。USB設備方Bulk-Only傳輸流程如圖1所示。