一種基于MCU內部Flash的在線(xiàn)仿真器設計方法

由于市場(chǎng)對MCU功能的要求總是不斷變化和升級，MCU應用的領(lǐng)域也不斷擴展，因此往往需要對最初的設計進(jìn)行修改。Flash MCU與以往OTP/MASK MCU相比，最大的優(yōu)點(diǎn)就在于可進(jìn)行高達上萬(wàn)次的擦寫(xiě)操作，順應了MCU功能不斷修改的需求；另一方面，Flash MCU市場(chǎng)價(jià)格也在不斷下降。因此，許多OEM已將Flash MCU用于產(chǎn)品的批量生產(chǎn)。對于Flash MCU,基于內部Flash的在線(xiàn)仿真器更接近于程序真實(shí)的運行特性，程序調試的效果更好，效率更高。實(shí)際上，Flash MCU工作時(shí)Flash的延時(shí)、讀寫(xiě)時(shí)充等特性是非常，程序存儲在MCU外部仿真板上的SRAM中，由額外的硬件邏輯來(lái)模擬Flash的這些特性是費時(shí)低效的；同時(shí)將Flash和MCU內嵌的其他類(lèi)型存儲器如SRAM、ROM等區分開(kāi)來(lái)也是十分重要的。如果在程序的調試階段就可以反映出這特性，有且于實(shí)現程序從仿真器到商用MCU芯片的無(wú)縫轉移。

1 關(guān)于Flash MCU

Flash MCU的構成如圖1所示，主要由CPU核、Flash IP及其控制模塊、SRAM IP及基控制模塊、WatchDog、PMU（Power Manage Unit，功耗管理單元）、I/O端口以及ISP在線(xiàn)編程接口等組成。不同功能的Flash MCU還包含一些各自獨特的應用模塊單元，如用于尋呼的Flash MCU所包含的解碼模塊。對于用來(lái)構成在線(xiàn)仿真器的Flash MCU還可能包括仿真接口單元。本文在討論Flash MCU的在線(xiàn)仿真時(shí)，指的都是包含仿真接口的Flash MCU。

Flash存儲器幾乎擁有現今追求個(gè)性化的用戶(hù)所需要的所有優(yōu)點(diǎn)：掉電數據不丟失、快速的數據存取時(shí)間、電可擦除、容量大、在線(xiàn)（系統）可編程、價(jià)格低廉以及足夠多的擦寫(xiě)次數的高可靠性等，已成為新一代嵌入式應用的首選存儲器。與Flash MCU相比，MASK（掩膜）MCU盡管在大指生產(chǎn)時(shí)仍具備一定價(jià)格優(yōu)勢，但其升級不便的缺點(diǎn)，隨著(zhù)今后Flash成本的進(jìn)步降低和MCU功能需求的逐漸增多，將表現得更為顯著(zhù)。

2 基于外部SRAM的MCU在線(xiàn)仿真器

MCU 仿真器的一種常見(jiàn)做法是，將用戶(hù)的待調試程序（以下簡(jiǎn)稱(chēng)用戶(hù)程序）存儲在MCU外部仿真板的SRAM（以下簡(jiǎn)稱(chēng)外部SRAM）中，在bond-out MCU的外部結構仿真監控硬件（以下簡(jiǎn)稱(chēng)外部仿真邏輯），通過(guò)監視和控制仿真接口信號即bond-out的信號，來(lái)獲取MCU的狀態(tài)，是指將MCU內部的某種信號連接到封裝的管腳上，使得外部仿真邏輯可以監視和控制MCU內部的狀態(tài)。這種非商用芯片專(zhuān)用于構成在線(xiàn)仿真器，當用戶(hù)程序在仿真器中調試完成后，編程到商用MCU芯片中，應用到用戶(hù)系統。在商用MCU中，這些仿真接口信號不會(huì )出現在芯片封裝的管腳上。

在Flash MCU沒(méi)有被廣泛應用之前，仿真器設計公司通常將用戶(hù)程序和監控程序都存儲在外部SRAM中，這種做法基本上可以反映SRAM MCU真實(shí)的運行情況，對用戶(hù)程序的調度效果影響不大。但是對于Flash MCU而言，則存在一定的問(wèn)題。畢競SRAM和Flash在工藝和讀寫(xiě)時(shí)序上相去甚遠，CPU運行存儲在SRAM和Flash中的程序，情況是完全不同的。有可能出現程序存儲的仿真器的外部SRAM中運行良好，但是編程到商用MCU中工作起來(lái)卻不正常。隨著(zhù)Flash MCU在 MCU市場(chǎng)中的比重越來(lái)越大，這一問(wèn)題顯得越來(lái)越突出，有必要加以重視。

本文介紹的Flash MCU仿真器的設計方法，幾乎不增加MCU的仿真接口信號和芯片設計的復雜程度，就可以接近程序在商用MCU中的運行情況，實(shí)現用戶(hù)程序從仿真器到商用MCU的良好轉移。

3 基于MCU內部Flash的在線(xiàn)仿真器的一種設計方法

圖2是Flash MCU仿真器系統構成示意圖，其中的虛線(xiàn)接口信號是MCU的仿真接口，通常包括仿真使能信號，bond-out MCU中的CPU的地址、數據、讀/寫(xiě)和取指等信號，以及少數幾個(gè)用于仿真的控制信號。仿真接口是Flash MCU與外部仿真邏輯之間的橋梁，使得外部仿真邏輯能夠監控MCU的內部狀態(tài)。