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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AT89S5XISP
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IEEEstd1149.1，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
引腳號名稱數據位1nStrobe*C02D0D03D1D14D2D25D3D36D4D47D5D58D6D69D7D710nAckS611Busy*S712PES513SelectS414AutoFeed*C115nErrorS316nInitC217nSelin*C318～25GNDGND
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DriverLINXPortI/ODriver(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
UCHARDLPORT_APID1PortReadPortUchar(INULONGPort)；
VOIDDLPORT_APID1PortWritePortUchar(INULONGPort,INUCHARValue)；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
VoidCAvrISPDlg::Setbit(){
Unsignedcharvalue=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；
Elsem_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。
3ISP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unsignedcharsck[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unsignedcharmosi[19]；
輸入的數據根據讀入的信號生成數組unsignedcharmiso[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2AT89S51串行編程指令集
指令指令模式說明第1字節第2字節第3字節第4字節編程使能1010110001010011XXXXXXXXXXXXXXXX使能串行編程芯片擦除10101100100XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX擦除程序存儲順讀程序字節00100000XXXXA11～A8A7～A0D7～D0字節模式讀程序寫程序字節01000000XXXXA11～A8A7～A0D7～D0字節模式寫程序寫保護位10101100111000B1B2XXXXXXXXXXXXXXXX寫保護位讀保護位00100100XXXXXXXXXXXXXXXXXXLB3～LB1XX讀當前保護位讀標志字節00101000XXXA5～A1A0XXXXXX標志數據讀取標志數據讀程序頁00110000XXXXA11～A8數據0數據1…255頁模式讀程序寫程序寫01010000XXXXA11～A8數據0數據1…255頁模式寫程序
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
CStringstr;
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。
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