Отладчик AVR JTAG.
Автор: VDD
Опубликовано 10.11.2009
Однажды ваш покорный слуга решил, что ему необходим (сам не знаю, почему так решил) отладчик (debugger) для AVR. Что такое отладчик можно прочитать здесь. Если коротко, в отличии от обычного программатора он позволяет не только прошить микроконтроллер, но и наблюдать за выполнением программы, останавливать ее в любой момент (например при зацикливании, зависании вы увидите в каком месте кода это произошло и сможете попробовать понять почему), выполнять программу по шагам, менять содержимое ячеек памяти и регистров контроллера "на лету". т.е. ОТЛАЖИВАТЬ, искать ошибки, моделировать различные варианты выполнения программы. Сказано — сделано, но поинтересовавшись стоимостью AVR JTAG ICE II понял, что цена сего, безусловно прикольного девайса мне не нравится. Порывшись на просторах Интернета, я обнаружил, что существует клон предыдущей версии отладчика (JTAG ICE) и даже не один. Более того, некоторые его даже изготовили и используют. Но как всегда чего-то не хватает. Во-первых, все устройства почему-то используют com порт вместо уже ставшего стандартом USB. Во-вторых, когда я повторил одну из конструкций, моя AVR студия отказалась апгрейдить девайс, хотя и видела его, хотя я делал все по инструкции. В-третьих, люблю все мелкое и аккуратное и не люблю корпуса DIP. В итоге пришлось скомпилировать из доступной информации по вопросу собственное решение. Получилась такая вот "конструкция выходного дня".
Поскольку в основном я работаю с небольшими проектами, решено было осуществлять питание отлаживаемого устройства от USB через отладчик (5 вольт до 500 ма). Другие варианты питания отлаживаемого устройства в этом варианте отладчика не предусмотрены.
Во-вторых, для упрощения схемы и опять таки из-за отсутствия согласования уровней не стал делать буферизацию и весь обвес, связанный с возможностью внешнего/пониженного питания. В связи с этим не втыкайте устройство куда попало — можно испортить.
В-третьих, эксперименты с загрузчикам и автоматическим обновлением отладчика из avr студии привели меня к выводу, что 100% работоспособный девайс получается, если его прошить его в лоб непосредственно прошивкой из комплекта инсталляции вашей AVR студии при помощи ISP программатора (надеюсь, он у вас есть), хотя и с загрузчиком тоже в основном удается обновить прошивку через студию.
Т.е. я изначально делал не коммерческий продукт для личного использования. В итоге он мне понравился, и я решил с вами поделиться. К сожалению, он не может работать с контроллерами AVR младше меги 16. (ввиду отсутствия у них JTAG). Впрочем, в коде размером до 4 кб можно разобраться и так. Мне сей девайс помог разобраться в странностях поведения аппаратного I2С и отловить ряд собственных ошибок при работе с RT OS, возможно в чем-то поможет и Вам.
По схеме комментировать особенно нечего. FT232RL включена в соответствии с даташитом. Поскольку люблю все блестящее повесил 4 светодиода — питание, 2шт активность на FT-шке и, собственно, активность отладчика. Плата рисовалась ручками по даташитам, но собранное устройство полностью работоспособно и весело подмигивает светодиодами во время отладки, впрочем и остальные функции тоже выполняет. Все необходимые для работы сигналы выведены на 9-и контактный рядный разъем. В качестве ответной части к нему сделаны 2 шлейфа: боевой- AVR JTAG 10 pin (распиновка приложена) и шлейф для первичного программирования отладчика (нужен только в случае если версия студии поменяется). Корпус не изготавливался.
Плата нарисована в Sprint Layout 5.0. Изготовлена фотоспособом с использованием пленочного фоторезиста. Шаблон выводил на струйнике HP. Минимальная ширина дорожки 0.3мм, минимальный просвет 0.2мм). Возможно, умельцы и ЛУТом смогут изготовить. Я не стал пробовать. Все элементы 0805 и 1206 кроме дросселя (1210) и электролита фильтра питания (тип В). На плате стоят 4 чип — перемычки чтобы влезть на 1 слой (тип 1206) . Токоограничительные резисторы в зависимости от типа светодиода. Я использовал 510 Ом для желтых, зеленых, красных и 1 кОм для синего. Дроссель фильтра 10мкГ, электролит 10 мкФ 16 в. Кварц СТРОГО 7.3728МГц. Емкости к кварцу по даташиту ATMEGA16 — 12пФ. Остальные емкости блокировочные и цепь сброса микроконтроллера 0.1мкФ. Сопротивление в цепи сброса контроллера 10кОм.
Описание разъема на плате:
Считаем с права налево, смотрим со стороны smd компонентов (от квадратика).
1. Земля
2. +5вольт
3. NTRST
4. TMS
5. MOSI/TDI
6. MISO/TDO
7. SCK/TCK
8. RESET
9. NC
VSUP и VTREF соединены вместе в кабеле JTAG.
Где взять загрузчик?
Их много на просторах инета. Главное, чтобы он по размеру укладывался в 500 слов (words, 500w) и был совместим с АВР Студией. Сначала прошиваем его. Можно воспользоваться, например этим. При выборе загрузчика желательно ознакомиться с его описанием от автора.
Где взять прошивку?
В папочке AVR Студии */Atmel/AVR Tools/JTAGICE есть файл Upgrade.ebn . Это прошивка адаптера в формате EBN. Конвертируем ee при помощи EBN2HEX в простой и понятный большинству программаторов HEX. Затем прошиваем отладчик этой прошивкой по ISP. ВНИМАНИЕ. При прошивке снимите галочку очиски флэша чтобы не убить загрузчик.
Как установить фьюзы?
Вот так:
Boot Reset Fuse — on (0). Т.е. при Reset должен запускаться загрузчик
BOOTSZ1 — on (0), BOOTSZ0 — 0ff (1). — размер загрузчика = 512w.
CKSEL3..1 и CKOPT настроены на внешний резонатор 8MHz. (не перепутать с осцилятором. а то придется подключать внешний генератор чтобы перепрошить фьюзы)
Отладчик AVR JTAG.
Автор: VDD
Опубликовано 10.11.2009
Однажды ваш покорный слуга решил, что ему необходим (сам не знаю, почему так решил) отладчик (debugger) для AVR. Что такое отладчик можно прочитать здесь. Если коротко, в отличии от обычного программатора он позволяет не только прошить микроконтроллер, но и наблюдать за выполнением программы, останавливать ее в любой момент (например при зацикливании, зависании вы увидите в каком месте кода это произошло и сможете попробовать понять почему), выполнять программу по шагам, менять содержимое ячеек памяти и регистров контроллера "на лету". т.е. ОТЛАЖИВАТЬ, искать ошибки, моделировать различные варианты выполнения программы. Сказано — сделано, но поинтересовавшись стоимостью AVR JTAG ICE II понял, что цена сего, безусловно прикольного девайса мне не нравится. Порывшись на просторах Интернета, я обнаружил, что существует клон предыдущей версии отладчика (JTAG ICE) и даже не один. Более того, некоторые его даже изготовили и используют. Но как всегда чего-то не хватает. Во-первых, все устройства почему-то используют com порт вместо уже ставшего стандартом USB. Во-вторых, когда я повторил одну из конструкций, моя AVR студия отказалась апгрейдить девайс, хотя и видела его, хотя я делал все по инструкции. В-третьих, люблю все мелкое и аккуратное и не люблю корпуса DIP. В итоге пришлось скомпилировать из доступной информации по вопросу собственное решение. Получилась такая вот "конструкция выходного дня".
Поскольку в основном я работаю с небольшими проектами, решено было осуществлять питание отлаживаемого устройства от USB через отладчик (5 вольт до 500 ма). Другие варианты питания отлаживаемого устройства в этом варианте отладчика не предусмотрены.
Во-вторых, для упрощения схемы и опять таки из-за отсутствия согласования уровней не стал делать буферизацию и весь обвес, связанный с возможностью внешнего/пониженного питания. В связи с этим не втыкайте устройство куда попало — можно испортить.
В-третьих, эксперименты с загрузчикам и автоматическим обновлением отладчика из avr студии привели меня к выводу, что 100% работоспособный девайс получается, если его прошить его в лоб непосредственно прошивкой из комплекта инсталляции вашей AVR студии при помощи ISP программатора (надеюсь, он у вас есть), хотя и с загрузчиком тоже в основном удается обновить прошивку через студию.
Т.е. я изначально делал не коммерческий продукт для личного использования. В итоге он мне понравился, и я решил с вами поделиться. К сожалению, он не может работать с контроллерами AVR младше меги 16. (ввиду отсутствия у них JTAG). Впрочем, в коде размером до 4 кб можно разобраться и так. Мне сей девайс помог разобраться в странностях поведения аппаратного I2С и отловить ряд собственных ошибок при работе с RT OS, возможно в чем-то поможет и Вам.
По схеме комментировать особенно нечего. FT232RL включена в соответствии с даташитом. Поскольку люблю все блестящее повесил 4 светодиода — питание, 2шт активность на FT-шке и, собственно, активность отладчика. Плата рисовалась ручками по даташитам, но собранное устройство полностью работоспособно и весело подмигивает светодиодами во время отладки, впрочем и остальные функции тоже выполняет. Все необходимые для работы сигналы выведены на 9-и контактный рядный разъем. В качестве ответной части к нему сделаны 2 шлейфа: боевой- AVR JTAG 10 pin (распиновка приложена) и шлейф для первичного программирования отладчика (нужен только в случае если версия студии поменяется). Корпус не изготавливался.
Плата нарисована в Sprint Layout 5.0. Изготовлена фотоспособом с использованием пленочного фоторезиста. Шаблон выводил на струйнике HP. Минимальная ширина дорожки 0.3мм, минимальный просвет 0.2мм). Возможно, умельцы и ЛУТом смогут изготовить. Я не стал пробовать. Все элементы 0805 и 1206 кроме дросселя (1210) и электролита фильтра питания (тип В). На плате стоят 4 чип — перемычки чтобы влезть на 1 слой (тип 1206) . Токоограничительные резисторы в зависимости от типа светодиода. Я использовал 510 Ом для желтых, зеленых, красных и 1 кОм для синего. Дроссель фильтра 10мкГ, электролит 10 мкФ 16 в. Кварц СТРОГО 7.3728МГц. Емкости к кварцу по даташиту ATMEGA16 — 12пФ. Остальные емкости блокировочные и цепь сброса микроконтроллера 0.1мкФ. Сопротивление в цепи сброса контроллера 10кОм.
Описание разъема на плате:
Считаем с права налево, смотрим со стороны smd компонентов (от квадратика).
1. Земля
2. +5вольт
3. NTRST
4. TMS
5. MOSI/TDI
6. MISO/TDO
7. SCK/TCK
8. RESET
9. NC
VSUP и VTREF соединены вместе в кабеле JTAG.
Где взять загрузчик?
Их много на просторах инета. Главное, чтобы он по размеру укладывался в 500 слов (words, 500w) и был совместим с АВР Студией. Сначала прошиваем его. Можно воспользоваться, например этим. При выборе загрузчика желательно ознакомиться с его описанием от автора.
Где взять прошивку?
В папочке AVR Студии */Atmel/AVR Tools/JTAGICE есть файл Upgrade.ebn . Это прошивка адаптера в формате EBN. Конвертируем ee при помощи EBN2HEX в простой и понятный большинству программаторов HEX. Затем прошиваем отладчик этой прошивкой по ISP. ВНИМАНИЕ. При прошивке снимите галочку очиски флэша чтобы не убить загрузчик.
Как установить фьюзы?
Вот так:
Boot Reset Fuse — on (0). Т.е. при Reset должен запускаться загрузчик
BOOTSZ1 — on (0), BOOTSZ0 — 0ff (1). — размер загрузчика = 512w.
CKSEL3..1 и CKOPT настроены на внешний резонатор 8MHz. (не перепутать с осцилятором. а то придется подключать внешний генератор чтобы перепрошить фьюзы)
При разработке и отладке программ под микроконтроллеры, возникают вопросы, связанные с программированием и отладкой программы в реальной схеме. Если с программированием микроконтроллеров AVR особых проблем не возникает, поскольку существует множество схем для «заливки» прошивки в кристалл, одной из простейших таких схем является схема получившая название «пять проводов», то с отладкой программы такого богатого выбора не существует.
Для отладки программы возможно использования только двух вариантов – это программный симулятор и внутрисхемный JTAG эмулятор-программатор. Программный симулятор, как правило, не может учитывать всех особенностей работы схемы, таких как внешние воздействия, совместная работа с другими устройствами и прочее. С аппаратными программаторами-отладчиками JTAG появляется возможность пошаговой отладки программы напрямую в самом микроконтроллере установленном непосредственно в схему, просмотра и изменения всех регистров микроконтроллера, установка breakpoints и конечно же внутрисхемного программирования микроконтроллера. Но стоимость оригинального AVR JTAG ICE MkII выпускаемого Atmel колеблется в районе 300 евро, а его аналога AVRDRAGON выпускаемого серийно около 3000руб., что является очень дорогим для людей, занимающихся созданием устройств на микроконтроллерах AVR «для себя».
Но к счастью удалось создать клон, оригинального AVR JTAG ICE, который стоит существенно дешевле оригинала и позволяет проводить программирование и отладку микроконтроллеров AVR с интерфейсом JTAG.
Рис 1. Принципиальная электрическая схема клона AVR JTAG ICE
Принципиальная электрическая схема приведена на рис. 1. Основой данного JTAG служит микроконтроллер DD3 AVR ATMega16. Микросхема DD2 MAX232 выполняет роль преобразователя интерфейса RS232 в ТТЛ уровни UART. Микросхема DD1 предназначена для защиты входных и выходных цепей микроконтроллера DD3 и согласования напряжения логических уровней при использовании внешнего питания.
Питание JTAG может браться от цепей питания отлаживаемого устройства через четвертый контакт vTref XP3, а также может использоваться внешнее через разъем XP1 и ХР2. Внешнее напряжение может быть в диапазоне от 7 до 15В. При использовании внешнего источника питания, вывод vTref разъема XP3можно не подключать.
Светодиод HL2 отображает наличие питания, HL1 режим работы JTAG.
Подключение JTAG к отлаживаемому микроконтроллеру осуществляется через стандартный десяти выводной разъем. Схема подключения которого изображена на рис. 2.
Рис 2. Схема подключения AVR JTAG ICE к отлаживаемому устройству
Существует несколько вариантов BootLoader загрузчиков для прошивки JTAG, но на мой взгляд наиболее удачный вариант получился у Кротевич Виталия (Vit). Его загрузчик наиболее близко повторяет фирменный и позволяет обновлять микропрограмму JTAG непосредственно из AVRStudio без перезагрузки JTAG и входа в режим программирования через BootStart. В случае если не планируется производить обновление прошивки JTAG`a , то загрузчик можно не прошивать, а «зашить» только оригинальную прошивку от AVRStudio.
Чтобы «зашить» bootloader в JTAG можно воспользоваться программатором AVReal, PonyProg, STK200, «пять проводов», любо любым другим имеющимся в наличии и совместимым с AVR ISP. Подключение программатора производится к ISP разъему программирования ХР4. Файл прошивки JTAG_ICE.hex.
Пример программирования фьюзов показан на рисунке 3.
Рис 3. Установка фьюзов для AVR JTAG ICE
Пример работы AVR JTAG ICE показан на рисунке 4. В качестве примера произведено считывание сигнатуры ATMega128
Рис 4. Чтение сигнатуры микроконтроллера ATMega128 с помощью AVR JTAG ICE
Рис 5. Изображение верхнего слоя трассировки печатной платы, с нанесенными элементами
Рис 6. Изображение нижнего слоя трассировки печатной платы, с нанесенными элементами
Фотографии готового устройства:
P.S. Схема и трассировка печатной платы разработаны автором статьи, загрузчик использован Кротевич Виталия (ака Vit), прошивка от оригинальной AVRStudio.
При написании статьи использовались следующие источники:
1 http://onembedding.bialix.com/files/jtag_vit/
2. Официальное руководство пользователя AVR JTAG ICE JTAGuserguide.pdf
Скачать прошивку, файлы печатных плат вы можете ниже
Загрузка...
