用下載電纜實現AT89S5X的ISP編程

　　摘要：下載電纜被廣泛應用于電子系統設計與調試過程中。本文介紹它的基本原理和編程控制方法；針對目前單片機的ISP串行編程模式列舉實例，簡要介紹AT89S5X的串行編程的方法和部分協議，使用VC編程，應用下載電纜實現對AT89S5X系列單片機的ISP編程；文末提出統一下載電纜硬件或軟件的設想，并提供可以下載支持多種單片機ISP編程軟件的網址。

    關鍵詞：下載電纜 串行編程 AT89S5X ISP

引言

　　隨著電子技術的日益發展，芯片的規模越來越大，封裝日趨小型化，相應的對系統板級調試困難也在加大。IEEE制定了標準測試端口與邊界掃描的標準IEEE std 1149.1，這就是JTAG接口協議。JTAG接口通過TCK、TDI、TDO、TMS四根信號線，以串行模式為系統提供了對復雜芯片的各引腳連通性測試，進步還能實現對可編程芯片的配置與處理器芯片的調試等等。下載電纜就是一種使用計算機的并行端口通過軟件的仿零點實現JTAG接口協議，訪問可編程芯片的廉價工具。本文使用的下載電纜是Altera公司為其可編程邏輯器件開發的ByteBlasterMV電纜。ISP（在系統可編程的簡稱）是最先由Lattice公司提出的一種技術，是通過同步串行方式實現對其可編程邏輯器件的重配置。ISP與JTAG的接口協議很相像，只是后者形成了標準。ISP現在已經成為一種概念，它的提出改變了傳統硬件系統開發的流程，大大方便了開發者，加快了開發速度。現在大多數的可編程器件（FPGA、CPLD、DSP、MCU……）都支持ISP特性。單片機也不例外，Atmel公司推出的AT89S系列51單片機也符合ISP特性。
 
1 下載電纜的硬件

　　要實現JTAG接口協議可以使用專用的IC，如74LVT8980、74LVT8990，它與MCU配合可以提供高速的JTAG串行訪問，成本較高。下載電纜則是實現JTAG接口協議的廉價方案。它僅命名用74HC244做線路驅動，由計算機的并行端口引出I/O作為TCK、TDI、TDO、TMS等信號線。由于并口在SPP模式下共有3個端口——數據輸出端口、控制輸出端口、狀態輸入端口，各種下載電纜究竟從那個端口引出JTAG信號線幾乎都不相同，圖1、圖2是兩種下載電纜的原理圖。

并口簡介：

　　計算機的并行端口工作在SPP模式下，對它的控制是通過數據輸出端口、控制輸出端口、狀態輸入端口來實現的。

　　并行口有25個引腳，其中包括8位數據線、5位狀態線、4位控制線。

　　數據端口（378H）：D0～D7用于數據輸出。

　　狀態端口（379H）：*S7（Busy）、S6（nAck）、S5（PE）、S4（Select）、S3(nError)。

　　控制端口（37AH）：*C3（nSelin）、S2（nInit）、*C（AnutoFeed）、*C0(nStrobe)。

　　（）（端口地址是缺省的LPT1設置；*表示此引腳有反向器）

　　表1為并行端口定義。對應原理圖有：

　　Altera的下載電纜

　　TCK、TDI、TMS、TDO分別對應D0、D6、D1、*S7；

　　Atmel的電纜

　　TCK、TDI、TMS、TDO分別對應*C0、D0、*C3、S6。

　　表1 并行端口定義表

2 下載電纜的編程方法

　　用計算機控制下載電纜實現JTAG協議，就是對并口3個I/O端口的讀寫操作，用0-1的變化來模擬JTAG時序。在Win98和Win2000環境下讀寫I/O，需要驅動程序。本文使用DriverLINX Port I/O Driver(可以從WWW.sstnet.com下載)來實現I/O端口訪問。安裝DLPORTIO以后，通過調用DLPORTIO.DLL動態連接庫中的

　　UCHAR DLPORT_API D1PortRead PortUchar(IN ULONG Port)；{{分頁}}

    VOID DLPORT_API D1PortWrite PortUchar(IN ULONG Port,IN UCHAR Value)；兩個函數就可以訪問位于378H、379H、37AH（這是缺省的LPT1設置）的3個并口I/O端口。程序段1實現了對Altera下載電纜的一次電平賦值：

　　程序段1

　　Altera下載電纜電平賦值函數

　　Void CAvrISPDlg::Setbit(){

　　Unsigned char value=0;

　　If(!m_tck)value|=0x01;

　　If(!m_tms)value|=0x02;

　　If(!m_tdi)value|=0x40;

　　DlPortWritePortUchar(0x378,value);

　　Value=DlPortReadPortUchar(0x379)；

　　If(value & 0x80)m_tdo=0；

　　Else m_tdo=0;

　　}

　　通過以上程序依次改變JTAG各接口I/O的電平狀態，模擬JTAG協議的時序，就可以訪問支持JTAG標準的各種芯片。

3 ISP協議的解析與實現

　　對AT89S5X系列單片機ISP編程不使用JTAG協議，而使用SPI同步串行接口協議，如圖3所示。

　　針針這種8位SPI接口協議，我們使用數組來模擬時序：

　　時鐘信號固定為unsigned char sck[19]={0,0,1,0,1,0,1,0,1,0,10,1,0,1,0,1,0,1,0,0};

　　輸出的數據信號由程序實現情況自動生成數組unsigned char mosi[19]；

　　輸入的數據根據讀入的信號生成數組unsigned char miso[19]；

　　再調用上文的Setbit（）函數，依次發送19位的JTAG接口I/O狀態，同時讀入返回信號，即完成一次對AT89S5X芯片的SPI單字節訪問。

　　在單字節訪問基礎上，參考Atmel公司的AT89S5X數據手冊的串行編程指令表中的指令格式，就可以實現ISP了。

　　表2為AT89S51串行編程指令表。

　　表2 AT89S51串行編程指令集

　　注：①串行編程要在RST端接高電平情況下實現；②X表示此位關心；③A11～A0是要訪問字節地址；④D7～D0是讀寫的數據；⑤B1、B2是保護位；⑥LB3～LB1表示3種狀態。

　　針對AT89S51單片機，其標志字節為：（00H）1EH、（02H）51H、（04）06H.

　　程序段2將得到AT89S51單片機的標志字節。（其中SPIcomm()為SPI單字節訪問函數）。

　　程序段2

　　獲得AT89S51單片機標志字節的程序段

　　CString str;

　　for(addr=1;addr<3;addr++){

　　m_comm=0x28;

　　SPIcomm();

　　m_comm=addr;

　　SPIcomm();

　　m_comm=0;

　　SPIcomm();

　　m_comm=0;

　　SPIcomm();

　　Str.Format(“0x%02X”,m_dat);

　　m_out+=str;

　　}

　　圖4是AT89S51進行串行編程時的硬件原理圖。

4 小結

　　下載電纜為我們提供了深入芯片內部的觸手。通過JTAG標準協議，我們可以用下載電纜檢查芯片焊接連通性、重新配置可編程器件、下載程序固件以及調試處理器的運行。

　　小到8位單片機AT89S5X、AVR的串行編程，可編程器件MAX7000的配置；大到32位嵌入式處理器的調試，上萬門FPGA芯片的配置都可以見到下載電纜的身影。例如，ARM使用下載電纜的JTAG仿真可以通過EmbeddedICE接口實現對ARM的開發調試，或者使用ARM的邊界掃描特性為嵌入式系統板下載啟動程序等等。

　　目前下載電纜的使用越來越多，各個廠商分別推出了自已的符合JTAG標準的芯片或者是使用ISP技術的新產品。與此同時，下載電纜的種類也非常多，大多數的區別僅在于并口信號與JTAG信號的對應關系不同。往往有時候開發一個產品，要用到很多種不同的電纜。我們希望可以使用一種標準的下載電纜來實現所有JTAG應用；或者是通過一個計算機程序可以通過配置文件來使用各種下載電纜。在我們的BLMVISP軟件中，就支持了現有的兩種電纜。

　　使用ISP技術可以大大加快硬件開發速度。下載電纜與計算機軟件的配合使用也可以降低開發成本，非常適合個人愛好者與初學者使用。

　　有興趣的讀者可以下載BLMVISP演示版的VC源程序壓縮包（demo_blmvisp.zip），以便參考；也可以訪問：http://51kaifa.nease.net或者email:blmv@eyou.com。