采用MAXQ610評(píng)估套件(EV kit)和IAR嵌入式工作臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)

摘要：應(yīng)用筆記介紹怎樣面向MAXQ610低功耗RISC微控制器開(kāi)發(fā)、構(gòu)建并調(diào)試應(yīng)用程序。文章使用了IAR?系統(tǒng)公司提供的IAR Embedded Workbench?工具箱和C編譯器。

引言

MAXQ610是Maxim Integrated Products提供的低功耗微控制器，設(shè)計(jì)用于電池供電的應(yīng)用，提供低電流工作模式(1MHz時(shí)的典型值為1.4mA，12MHz時(shí)為3.5mA)，以及低電流停止模式(典型值200nA)。微控制器還具有效率非常高的16位單周期RISC處理器核以及靈活的時(shí)鐘配置，有助于動(dòng)態(tài)控制性能和功耗。MAXQ610適合于需要大量I/O引腳以及對(duì)功耗要求比較高的應(yīng)用。

MAXQ610具有很多重要的特性，包括：

• 1.7V至3.6V的寬范圍工作電壓
• 64KB應(yīng)用程序(IAP)閃存
• 2KB數(shù)據(jù)SRAM
• SPI?和兩個(gè)USART
• 8kHz低功耗“異或”喚醒定時(shí)器
• IR載頻發(fā)生器和調(diào)制
• 擾碼功能可防止攻擊者下載軟件，提供IP保護(hù)
• 存儲(chǔ)器保護(hù)功能隔離了內(nèi)核庫(kù)，提供IP保護(hù)，防止第三方應(yīng)用

MAXQ610評(píng)估套件(EV)為MAXQ610處理器開(kāi)發(fā)低功耗應(yīng)用提供成熟可靠的平臺(tái)。套件包括IR發(fā)射器和接收器；兩個(gè)串口；用于用戶輸入的8個(gè)按鍵；出于應(yīng)用目的的4個(gè)LED；原型區(qū)；以及用于訪問(wèn)MAXQ610所有I/O引腳的插頭等。此外，還提供跳線，可以方便地監(jiān)監(jiān)MAXQ610處理器在工作時(shí)的實(shí)際功耗。

設(shè)置MAXQ610評(píng)估套件

MAXQ610評(píng)估套件電路板如圖1所示。評(píng)估套件含有下面的硬件元件，這些元件用于實(shí)現(xiàn)并驗(yàn)證本應(yīng)用筆記中的演示程序：

1. MAXQ610評(píng)估套件電路板
2. JTAG電路板
3. JTAG電纜(連接MAXQ610套件電路板和JTAG電路板)
4. 9針串行電纜
5. 穩(wěn)壓電源(5V，±5%，300mA，正極中心)

更詳細(xì)的圖(PDF, 284kB)
圖1. MAXQ610評(píng)估套件

MAXQ610評(píng)估套件電路板和JTAG電路板都有很多跳線需要進(jìn)行配置。在本應(yīng)用筆記中，應(yīng)按照表1和表2配置這些跳線。

表1. MAXQ610評(píng)估套件的電路板跳線配置

采用IAR編譯器開(kāi)始設(shè)計(jì)：blinker

我們不以“Hello World”開(kāi)始，而是構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序，該應(yīng)用程序使MAXQ610評(píng)估套件電路板上的4個(gè)LED閃爍(例如，DS1、DS2、DS3和DS4)。我們要使用的工具包是IAR嵌入式工作臺(tái)，由IAR系統(tǒng)公司提供。本應(yīng)用筆記的軟件采用IAR系統(tǒng)公司2.12版KickStart試驗(yàn)包來(lái)編寫(xiě)并進(jìn)行了測(cè)試。

在開(kāi)始一個(gè)新工程之前，需要將一些MAXQ610特殊文件復(fù)制到IAR安裝目錄(通常是C:\Program Files\IAR Systems\Embedded Workbench 4.0，下面將其稱(chēng)為[IAR])中。網(wǎng)上提供本應(yīng)用筆記的文件(請(qǐng)參考文檔最后的了解詳細(xì)信息一節(jié))，評(píng)估套件的CD-ROM也提供這些文件。請(qǐng)復(fù)制這里提到的這些文件：

• 將iomaxq610.h復(fù)制到[IAR]\MAXQ\inc
• 將lnkmaxq610.xcl復(fù)制到[IAR]\MAXQ\config
• 將maxq610.sfr復(fù)制到[IAR]\MAXQ\config
• 將maxq610.ddf復(fù)制到[IAR]\MAXQ\config
• 將maxq610.menu復(fù)制到[IAR]\MAXQ\config\devices

現(xiàn)在啟動(dòng)IAR嵌入式工作臺(tái)。選擇“Create new project in current workspace” (圖2)。選擇MAXQ?工具鏈，確定選擇了“Empty project” (圖3)。單擊OK，打開(kāi)一個(gè)文件對(duì)話框。在這個(gè)例子中，工程文件名為“blinker” (圖4)。


圖2. 工作臺(tái)啟動(dòng)


圖3. 建立一個(gè)空的工程


圖4. 如圖所示，保存工程“blinker”

工作空間將顯示“blinker”工程。現(xiàn)在，建立一個(gè)新文件(File New File)，將以下文本復(fù)制到該文件中。

#include 
#include 

void main()
{
  /*
   * Try to get a 1Hz blink on the LEDs. System clock = 12MHz. 
   * Timer reload = 0x5B8D = 23437. Running at div 256, so we get a timer
   * interrupt once every 23437*256 cycles = 5,999,872, or roughly 500ms.
   * We toggle every 500ms, so we get a 1Hz cycle.
   */
  TB0R = 0x5B8D;       // reload for timer 0
  TB0CN = 0x0416;      // timer set to run, enable interrupt, down count, div 256
  PD3 = 0x0f;          // set port 2 lower nibble to output
  IC_bit.IGE = 1;      // set global interrupt enable
  while (1)
  {

  }
}

在這個(gè)簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序中，采用一個(gè)定時(shí)器中斷來(lái)啟動(dòng)使評(píng)估套件LED不斷接通和關(guān)斷的代碼。要重新裝入的值在定時(shí)器寄存器中斷時(shí)自動(dòng)裝入該寄存器，大約每500ms周期性中斷一次。設(shè)置定時(shí)器運(yùn)行之后，將連接LED的端口引腳配置為輸出，然后，全局使能中斷。應(yīng)用程序進(jìn)入無(wú)限while循環(huán)。中斷服務(wù)例程(ISR)代碼完成應(yīng)用程序(請(qǐng)參見(jiàn)下面圖5)。

單擊save，將文件命名為main.c (確定代碼保存目錄與您建立新工程的目錄相同)。在工作窗口下，右鍵單擊“blinker”，選擇Add Add main.c。

下一步，將另外兩個(gè)文件從軟件分配源復(fù)制到您的工程目錄中：isr.c和clib.r66。C文件含有中斷部分，編譯器需要利用它來(lái)編譯程序。r66文件含有應(yīng)用程序運(yùn)行需要的啟動(dòng)代碼和標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)代碼。每次開(kāi)始新的MAXQ610工程時(shí)，都需要重復(fù)這一復(fù)制步驟。

再次右鍵單擊工作窗口中的“blinker”行，找到Add Add Files，選擇isr.c。

現(xiàn)在，需要配置工程選項(xiàng)。選擇Project Options，打開(kāi)選項(xiàng)窗口。請(qǐng)按照以下步驟進(jìn)行：

• 在General選項(xiàng)下：Target，選擇MAXQ610。
• 在General選項(xiàng)下：Library Configuration，從下拉菜單中選擇Custom CLIB。瀏覽Library File文本區(qū)，選擇剛剛復(fù)制到工程目錄中的clib.r66文件。
• 在Debugger下：Setup，從driver下拉菜單中選擇JTAG。
• 在JTAG下：輸入您將使用的連接JTAG電路板的串口。

現(xiàn)在，構(gòu)建應(yīng)用程序就非常簡(jiǎn)單了。按下F7或者選擇Project Make。您首先會(huì)被詢(xún)問(wèn)保存工作空間。對(duì)此，請(qǐng)輸入“gettingstarted”。工程應(yīng)該被正確構(gòu)建。

如果您希望在此處運(yùn)行應(yīng)用程序(例如，Project Debug，然后單擊右箭頭按鈕)，電路板上不會(huì)有任何事情發(fā)生。這是因?yàn)閼?yīng)用程序代碼試圖使用定時(shí)器中斷來(lái)確定LED什么時(shí)候應(yīng)該改變，而定時(shí)器的ISR中沒(méi)有代碼。因此，必須為定時(shí)器(ISR)編寫(xiě)代碼。

打開(kāi)文件isr.c，找到函數(shù)isr6(void)，在它旁邊應(yīng)該有注釋//timers。在函數(shù)中輸入以下代碼：

  TB0CN = TB0CN & 0xFF7F;       // clear timer 0 interrupt
  PO3 = PO3 ^ 0x0f;             // toggle lower nibble

這些代碼首先清除定時(shí)器中斷標(biāo)志(必須由軟件清除中斷標(biāo)志，否則，將導(dǎo)致中斷矢量不斷啟動(dòng))。第二行觸發(fā)所有4個(gè)LED，這些LED連接到端口引腳P3.0至P3.3。

現(xiàn)在開(kāi)始構(gòu)建工程，進(jìn)行調(diào)試(Project Debug把您帶到執(zhí)行C代碼的第一行，如圖5所示)。代碼第一行下面高亮顯示，左側(cè)空白區(qū)有一個(gè)箭頭，指示程序在此暫停。現(xiàn)在，單擊Run按鈕(圖6)。該按鈕使程序運(yùn)行至結(jié)束(或者到下一個(gè)斷點(diǎn))。當(dāng)程序執(zhí)行無(wú)限循環(huán)時(shí)，LED塊在一直閃爍。


圖5. 程序在代碼第一行暫停


圖6. 程序Run按鈕

使用IAR嵌入式工作臺(tái)調(diào)試應(yīng)用程序

現(xiàn)在，我們看一下MAXQ610和嵌入式工作臺(tái)工具的調(diào)試功能。MAXQ610處理器有內(nèi)置JTAG引擎，支持在實(shí)際芯片中進(jìn)行調(diào)試。這一特性還避免了使用昂貴的模擬器或者有可能出錯(cuò)的仿真器。

返回到最初的blinker應(yīng)用程序，開(kāi)始上面介紹的調(diào)試過(guò)程。第一行高亮顯示后，點(diǎn)擊Go按鈕，繼續(xù)執(zhí)行。您將看到LED接通500ms，然后關(guān)斷500ms。

單擊Break按鈕，或者選擇Debug Break，暫停執(zhí)行(圖7)。程序應(yīng)暫停在while(1)聲明上，這是因?yàn)樵撀暶髡加昧藷o(wú)限循環(huán)的大部分運(yùn)行時(shí)間，而中斷矢量只占用了很少的時(shí)間(每500ms只有幾個(gè)周期)。


圖7. Break按鈕

在檢查一些處理器寄存器中的數(shù)值時(shí)，打開(kāi)寄存器窗口(View Register)。此處，從下拉菜單中選擇Timer 0，您將看到與定時(shí)器控制閃爍LED相關(guān)的寄存器(圖8)。這里顯示的Timer 0寄存器包括重裝寄存器(TB0R)，控制寄存器(TB0CN)，計(jì)數(shù)寄存器(TB0C)和數(shù)值寄存器(TB0V)。


圖8. Register窗口顯示Timer 0寄存器

作為演示，我們將執(zhí)行幾行代碼，觀察這些定時(shí)器寄存器會(huì)有什么變化。按下Step Over按鈕幾次(圖9)，或者選擇Debug Step Over。觀察TB0V中的數(shù)值。Step Over按鈕執(zhí)行一行C代碼，但是不會(huì)進(jìn)入任何函數(shù)調(diào)用。該按鈕按下時(shí)，您將看到TB0V中的數(shù)值變化范圍很大，這是因?yàn)檎{(diào)試引擎執(zhí)行時(shí)，定時(shí)器在不斷運(yùn)行。您還將看到，TB0CN寄存器隨著定時(shí)器中斷出現(xiàn)和結(jié)束的變化。


圖9. Step Over按鈕

寄存器窗口不但顯示了寄存器內(nèi)容，而且，在調(diào)試進(jìn)程中，還可以向其寫(xiě)入數(shù)值。程序暫停時(shí)，雙擊TB0R寄存器中的數(shù)值。將寄存器改為0x2DC6 (這是0x5B8C/2)，然后，單擊Go按鈕。LED現(xiàn)在閃爍應(yīng)比以前快兩倍，這是因?yàn)槎〞r(shí)器重新裝入的計(jì)數(shù)值減小了，從而減小了定時(shí)器中斷之間的時(shí)間。

在另一個(gè)演示中，我們把光閃爍模式由全通/全關(guān)(1111 0000 1111)改為交替模式(1010 0101 1010)。而這種改變并不需要重新編譯程序。首先，我們必須加入一個(gè)斷點(diǎn)。程序運(yùn)行時(shí)，打開(kāi)isr.c文件，找到定時(shí)器中斷矢量。雙擊代碼第一行左側(cè)的灰色區(qū)，將出現(xiàn)一個(gè)紅色X。這一X表示加入了一個(gè)斷點(diǎn)。當(dāng)程序執(zhí)行到這一行代碼時(shí)，程序?qū)⑼Ｖ梗淦聊伙@示如圖10所示。綠色箭頭和高亮顯示的代碼表示已經(jīng)到達(dá)斷點(diǎn)，程序暫停在這里。


圖10. 斷點(diǎn)設(shè)置和到達(dá)斷點(diǎn)

在寄存器窗口中，從下拉列表中選擇Port I/O。注意，代碼使用了XOR (^)運(yùn)算符來(lái)觸發(fā)端口3 (P3)最下面的4個(gè)引腳，而這些引腳從未明確設(shè)置。為改變這一操作，單擊PO3中的數(shù)值，輸入新值0x05。輸入后，您將看到，按照0101的模式，2個(gè)LED接通，2個(gè)LED關(guān)斷。現(xiàn)在，單擊Run。程序開(kāi)始運(yùn)行，直至到達(dá)斷點(diǎn)而再次停止，LED將轉(zhuǎn)換狀態(tài)，因此，處理器現(xiàn)在輸出1010模式。雙擊紅色X，清除斷點(diǎn)，然后，單擊Go。程序?qū)⒁越惶鍸ED模式不斷運(yùn)行。

在IAR嵌入式工作臺(tái)中，您可以按照與寄存器一樣的方法來(lái)觀察并改變變量值。對(duì)此進(jìn)行演示時(shí)，單擊Stop或者選擇Debug Stop Debugging，停止應(yīng)用程序。現(xiàn)在，修改代碼，在主函數(shù)中加入變量x，在while循環(huán)中嵌入延時(shí)循環(huán)。如下所示，輸入對(duì)程序的一些修改。注意，在代碼中故意設(shè)置了錯(cuò)誤，稍后對(duì)它進(jìn)行討論。

void main()
{
  /*
   * Try to get a 1Hz blink on the LEDs. System clock = 12MHz. 
   * Timer reload = 0x5B8D = 23437. Running at div 256, so we get a timer
   * interrupt once every 23437*256 cycles = 5,999,872, or roughly 500ms.
   * We toggle every 500ms, so we get a 1Hz cycle.
   */
  long int x;
  TB0R = 0x5B8D;          // reload for timer 0
  TB0CN = 0x0416;         // timer set to run, enable interrupt, down count, div 256
  PD3 = 0x0f;             // set port 2 lower nibble to output
  IC_bit.IGE = 1;         // set global interrupt enable
  while (1)
  {
    for (x=0;x<100000;x++)
    {
      if (x==100000)
        PO3 = PO3 ^ 0x01;
    }
  }
}

這些改變用于偶爾觸發(fā)端口3最下面一個(gè)引腳，因此，3個(gè)LED同步閃爍，而1個(gè)將獨(dú)立閃爍。延時(shí)循環(huán)間隔并不重要，但是必須提供足夠的延時(shí)才能觀察到結(jié)果。運(yùn)行該應(yīng)用程序(開(kāi)始調(diào)試，然后，運(yùn)行)，您將很快看到和最初的應(yīng)用程序并沒(méi)有什么不同；所有LED以1秒的間隔同時(shí)接通和關(guān)斷。暫停應(yīng)用程序，打開(kāi)本地變量觀察窗口(View Locals)。如果程序停在主應(yīng)用程序的while循環(huán)(很有可能)中，窗口中將顯示變量x (圖11)。

前面曾提到上面的代碼中有錯(cuò)誤。現(xiàn)在，按下Step Over按鈕幾次，您將看到執(zhí)行從循環(huán)對(duì)比(x<100000)跳到條件測(cè)試“if”聲明(x ==100000)，直到遞增(x++)，然后是本地窗口中x值的變化。在PO3 = PO3 ^ 0x01一行設(shè)置一個(gè)斷點(diǎn)，單擊Go。出于某些原因，執(zhí)行并沒(méi)有暫停。很明顯，程序沒(méi)有進(jìn)入“if”聲明。再次按下Break，將變量x值改為99999，單擊Step Over幾次。您將注意到，由于x=0部分被執(zhí)行，“for”循環(huán)終止，然后再次開(kāi)始。問(wèn)題很明顯—x值永遠(yuǎn)不會(huì)到達(dá)“for”循環(huán)中的100000，這是因?yàn)檫M(jìn)行了“l(fā)ess than”測(cè)試。停止程序，將“if”聲明中的對(duì)比值改為99999。重新編譯程序，啟動(dòng)調(diào)試器，單擊Go。LED開(kāi)始閃爍，LED DS1自己獨(dú)立閃爍。


圖11. 本地變量窗口