摘要：本應(yīng)用筆記介紹怎樣針對(duì)MAXQ1850高性能、RISC、安全微控制器開(kāi)發(fā)、構(gòu)建并調(diào)試應(yīng)用程序。實(shí)例采用了MAXQ1850評(píng)估套件(EV kit)和Rowley Associates公司提供的CrossWorks C編譯器。

引言

Maxim Integrated Products的MAXQ1850是高性能、安全、小封裝、32位RISC微控制器，設(shè)計(jì)用于電子商務(wù)、銀行和數(shù)據(jù)安全應(yīng)用。微控制器執(zhí)行16位指令，有一個(gè)32位數(shù)據(jù)通道。MAXQ1850在一個(gè)時(shí)鐘周期中執(zhí)行完成大部分指令，是性能非常高的RISC機(jī)。MAXQ1850還具有很多重要的安全特性，包括：

• 支持DES、3DES、AES、SHA-1、SHA-224、SHA-256、RSA、DSA和ECDSA的密碼加速器
• 真正的硬件隨機(jī)數(shù)發(fā)生器
• 8KB低泄漏電池備電NVSRAM
• 4個(gè)自毀輸入
• 防篡改探測(cè)，可快速擦除密鑰/數(shù)據(jù)。
• 能夠探測(cè)超范圍條件的環(huán)境傳感器(例如，溫度、電壓)

MAXQ1850評(píng)估套件是安全應(yīng)用原型開(kāi)發(fā)的理想平臺(tái)。套件提供一個(gè)RS-232串口，兩個(gè)智能卡插槽(一個(gè)全尺寸，一個(gè)SIM卡)，一個(gè)USB連接器，一個(gè)LCD屏，一個(gè)16按鍵鍵盤(pán)以及原型區(qū)。

設(shè)置MAXQ1850評(píng)估套件

MAXQ1850評(píng)估套件電路板如圖1所示。下面列出的硬件都包含在評(píng)估套件中，用于實(shí)現(xiàn)本應(yīng)用筆記：

1. MAXQ1850評(píng)估套件電路板
2. JTAG電路板
3. JTAG電纜(連接MAXQ1850評(píng)估套件電路板和JTAG電路板)
4. 9針串行電纜
5. 穩(wěn)壓電源(5V、±5%、300mA、中心正極)

詳細(xì)電路圖(PDF, 776KB)
圖1. MAXQ1850評(píng)估電路板

MAXQ1850評(píng)估電路板和JTAG電路板都有很多跳線需要進(jìn)行配置。如果需要了解跳線及其功能的詳細(xì)信息，請(qǐng)參考各自的數(shù)據(jù)手冊(cè)。對(duì)于本應(yīng)用筆記，請(qǐng)按照以下要求來(lái)配置跳線：

• 在MAXQ1850評(píng)估套件電路板上，短接以下跳線：JU3 (靠近Program開(kāi)關(guān))；JU4 (靠近Reset開(kāi)關(guān))；JU30 (靠近處理器左下部)；JU104 (靠近LCD模塊的左下部)。連接跳線JU5 (靠近電池)以及JU20 (靠近電源輸入)的引腳1 (PCB上的方形焊盤(pán))和引腳2。連接跳線JU21 (靠近處理器的右上部)的引腳2和引腳3。所有其他跳線應(yīng)打開(kāi)。
• 在JTAG電路板上，短接JH3。這從JTAG電路板為評(píng)估套件電路板提供5V電源。對(duì)于這一配置，跳線JH1和JH2為“無(wú)關(guān)項(xiàng)”。

在JTAG電路板和MAXQ1850套件電路板之間連接JTAG電纜。在JTAG電路板上，電纜上的紅條應(yīng)連接至標(biāo)有引腳1和引腳2的連接器一側(cè)。在MAXQ1850評(píng)估套件電路板上，電纜上的紅條應(yīng)連接至標(biāo)有引腳1和引腳2的連接器一側(cè)(可以通過(guò)PCB背面的方形焊盤(pán)來(lái)識(shí)別引腳1)。

注意，在老的MAXQ1850評(píng)估電路板設(shè)計(jì)中，MAXQ1850微控制器可能采用了插槽。如果是這樣，把MAXQ1850插入到插槽中，其無(wú)鉛指示符“+”朝向插槽中一個(gè)角(右下)上標(biāo)出的點(diǎn)。

在您的PC和JTAG電路板之間連接9針串行電纜(不要將其連接至MAXQ1850套件電路板)。最后，將5V電源連接至JTAG電路板的電源連接器(J2)。它也為評(píng)估套件電路板提供電源供電。

采用CrossWorks編譯器進(jìn)行設(shè)計(jì)：WalkLED

在開(kāi)始使用MAXQ1850評(píng)估套件時(shí)，我們開(kāi)發(fā)一個(gè)簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序，使電路板上的三個(gè)LED閃爍。LED以固定、重復(fù)的順序閃爍，看起來(lái)象是在電路板上“走”。因此，該工程被命名為WalkLED。該程序的代碼列在附錄A中。代碼非常短，您甚至能夠在相對(duì)很短的時(shí)間內(nèi)手動(dòng)輸入這些代碼。您還可以從評(píng)估套件的CD中獲得源代碼文件，也可以從Maxim網(wǎng)站下載獲得。

我們使用的工具包是Rowley Associates公司提供的CrossStudio。編寫(xiě)本文檔時(shí)，工具包是面向MAXQ30的CrossWorks，版本2.0.0.2008063000.2293。這是本文檔中用于產(chǎn)生截屏的版本。為確定是否是最新版本，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)Rowley & Associates網(wǎng)站，或者發(fā)送電子郵件至 mic[email protected] (English only)。

在建立新方案時(shí)，點(diǎn)擊File New New Project。在New Project彈出框中，填寫(xiě)底部的Name和Location框，從Project Templates窗口中選擇Executable類(lèi)，和A C可執(zhí)行文件(圖2)。我們將調(diào)用工程WalkLED_demo，將其放到目錄C:workmaxqMAXQ1850WalkLED_demo中。


圖2. 新工程

單擊Next繼續(xù)，您將看到Project Properties彈出框(圖3)。Target處理器可能是MAXQ1103。雙擊處理器序列號(hào)，選擇MAXQ1850處理器。這一頁(yè)面的所有其他部分以及后續(xù)頁(yè)面都選擇默認(rèn)，因此，選擇MAXQ1850后，點(diǎn)擊Finish，建立工程。如果需要，您可以單擊Next，選擇其他的工程選項(xiàng)。


圖3. 選擇MAXQ1850處理器

在建立工程時(shí)，Project Explorer窗口(圖4)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)新工程，通常位于應(yīng)用程序窗口的右上。打開(kāi)它，您將看到兩個(gè)文件夾，Source Files和System Files。打開(kāi)Source Files，將看到main.c，這是您的應(yīng)用程序源代碼。雙擊它，打開(kāi)。


圖4. Project Explorer窗口

現(xiàn)在，輸入附錄A的應(yīng)用代碼，或者從上面提到的來(lái)源中，將代碼剪切并粘貼到main.c文件中，替換所有當(dāng)前內(nèi)容。

當(dāng)應(yīng)用程序執(zhí)行時(shí)，您會(huì)看到LED DS1、DS2和DS3 (位于套件電路板原型區(qū)左側(cè))按順序不斷閃爍。而在應(yīng)用程序運(yùn)行前，必須首先“構(gòu)建”它。選擇Build Build WalkLED_demo，或者按下F7。如果一切都正確構(gòu)建，您將在Output窗口看到消息“Build complete”，它旁邊有一個(gè)對(duì)勾(圖5)。如果有錯(cuò)，請(qǐng)確定您輸入的代碼是否正確。


圖5. 工程構(gòu)建后的輸出

現(xiàn)在可以運(yùn)行應(yīng)用程序。對(duì)此，單擊Debug Build and Debug，程序?qū)?dòng)，不斷運(yùn)行。單擊Pause按鈕(Break Execution，如代碼窗口上面和左側(cè)所示)，程序在當(dāng)前位置暫停，等待用戶(hù)的下一動(dòng)作。如果沒(méi)有Build和Debug選項(xiàng)，找到“targets”窗口；單擊Maxim Serial JTAG Adapter；然后，單擊Connect按鈕(窗口左上角)。這樣，通過(guò)JTAG電路板連接工具包和評(píng)估套件，使能調(diào)試功能。工具包調(diào)試功能被使能后，單擊Step Over按鈕就可以開(kāi)始調(diào)試過(guò)程，如圖6所示。


圖6. Step Over按鈕

按下Step Over按鈕，程序啟動(dòng)后，CrossStudio通過(guò)JTAG電路把應(yīng)用程序下載到MAXQ1850中，Output窗口顯示狀態(tài)消息。應(yīng)用程序開(kāi)始運(yùn)行，然后，在代碼第一行停止(左側(cè)空白區(qū)顯示黃色箭頭)。從這一點(diǎn)運(yùn)行應(yīng)用程序時(shí)，選擇Debug Go (或者單擊Play按鈕)?，F(xiàn)在，請(qǐng)確定MAXQ1850電路板上的LED正在閃爍。您可能希望能夠在一定程度上修改應(yīng)用程序；按照相反的順序來(lái)閃爍LED，或者改變點(diǎn)亮?xí)r間，更快或者更慢的閃爍。

使用CrossStudio調(diào)試應(yīng)用程序

現(xiàn)在，讓我們了解一下MAXQ1850和CrossStudio工具的調(diào)試功能。MAXQ1850有內(nèi)置JTAG引擎，支持在實(shí)際芯片上進(jìn)行調(diào)試，從而不需要昂貴的仿真器或者有可能出錯(cuò)的模擬器。注意，MAXQ1850還提供安全鎖定機(jī)制，在元件鎖定時(shí)，防止JTAG工作。這樣，當(dāng)MAXQ1850器件用在敏感應(yīng)用中時(shí)，保證了JTAG調(diào)試引擎不會(huì)帶來(lái)安全威脅。

考慮WalkLED_demo應(yīng)用程序。作為一次試驗(yàn)，在main.c函數(shù)中，把Delay函數(shù)的延時(shí)計(jì)數(shù)從200000改為2000。

for(i=0;i < 2000; i++) ;

現(xiàn)在，選擇Build Build and Debug，構(gòu)建并運(yùn)行應(yīng)用程序。工具包會(huì)重新構(gòu)建工程，裝入新程序，開(kāi)始運(yùn)行。注意，LED為始終點(diǎn)亮狀態(tài)，而非閃爍狀態(tài)。

選擇Pause按鈕(或者選擇Debug Break)，程序在當(dāng)前代碼行暫停執(zhí)行，左側(cè)空白區(qū)出現(xiàn)一個(gè)黃色箭頭。由于程序大部分時(shí)間都花在Delay函數(shù)的“for”循環(huán)上，因此代碼很有可能停在這里(參見(jiàn)圖7)。


圖7. 在Delay函數(shù)中，代碼停止運(yùn)行

觀察右側(cè)的Locals窗口(如果看不到該窗口，單擊Debug Debug Windows Locals)。該窗口將顯示“i”變量的當(dāng)前值?，F(xiàn)在，按下Step Over按鈕。讓程序運(yùn)行一秒，然后，再次按下Pause按鈕。您應(yīng)該看到“i”值增加了。

要退出函數(shù)，應(yīng)該一直按著Step Over按鈕，直到循環(huán)結(jié)束，但這會(huì)浪費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間。只要按下Step Out按鈕(在Step Into按鈕的右邊，如圖6所示)，程序一直執(zhí)行，直到退出Delay函數(shù)，返回到其調(diào)用函數(shù)main.c。

通過(guò)設(shè)置斷點(diǎn)，也可以獲得相似的結(jié)果。函數(shù)main.c中，在調(diào)用Delay函數(shù)的任一行上設(shè)置斷點(diǎn)時(shí)，單擊該代碼行左側(cè)的小三角。它將變?yōu)榧t圈(圖8)?，F(xiàn)在，再次運(yùn)行應(yīng)用程序(Debug Go，或者Play按鈕)。應(yīng)用程序會(huì)運(yùn)行到這一點(diǎn)，然后暫停。


圖8. 加入斷點(diǎn)

現(xiàn)在，我們了解一下更多的調(diào)試功能。按下Step Over按鈕幾次。每按下一次，C源代碼執(zhí)行一行。您將看到，控制LED的一行代碼每執(zhí)行一次，LED閃爍一下。當(dāng)暫停在Delay()一行時(shí)，按下Step Into按鈕(圖9)。這會(huì)進(jìn)入該函數(shù)，暫停在該函數(shù)的第一行。正如前面所演示的，按下Step Out按鈕，可以退出Delay()函數(shù)。


圖9. Step Into按鈕

在運(yùn)行時(shí)，還可以改變變量(和寄存器)。點(diǎn)擊GO，然后，點(diǎn)擊Pause，程序應(yīng)再次停止在Delay()函數(shù)的中間部分。注意“i”值?，F(xiàn)在，把“i”設(shè)置為1998 (單擊“i”顯示的數(shù)值，高亮后輸入1998)。單擊Step Into按鈕，由于達(dá)到了“i”最終值，因此，您會(huì)看到循環(huán)結(jié)束。

以及您感興趣的其他調(diào)試功能：

• Debug Disassembly將同時(shí)顯示C代碼和生成的匯編代碼。這樣，用戶(hù)可以進(jìn)入?yún)R編代碼，而不是C代碼，執(zhí)行時(shí)，同時(shí)顯示C代碼。
• Debug Debug Windows Call Stack將顯示應(yīng)用程序到達(dá)當(dāng)前位置時(shí)所調(diào)用的函數(shù)。如果在Delay()函數(shù)中暫停執(zhí)行，其顯示如圖10所示。
• 使用Debug Stop停止調(diào)試，觀察右側(cè)的Targets窗口。確定Maxim Serial JTAG Adapter Properties以粗體字顯示，觀察Properties Window下部的信息。如果沒(méi)有顯示Maxim Serial JTAG Adapter Properties，從下拉菜單中選擇它。您將看到屬性列表及其設(shè)置，如圖11所示。使用滾動(dòng)條看到所有信息。Connection標(biāo)題下的一個(gè)屬性是Port Name。如果您使用串口，而不是默認(rèn)的COM1，那么，可以在這里改變這一選項(xiàng)。

圖10. 在Delay()函數(shù)中運(yùn)行時(shí)調(diào)用堆棧


圖11. Properties窗口

更多信息

軟件庫(kù)和參考設(shè)計(jì)目前正在由Maxim工程師開(kāi)發(fā)。如果您需要了解庫(kù)和工具的最新信息，或者對(duì)本應(yīng)用筆記還有其他問(wèn)題，請(qǐng)聯(lián)系 [email protected] (English only)。

附錄A. WalkLED_main.c源代碼

#include 
#include 
#include "WalkLED.h"

void
main(void)
{
  PD1 = 0x62 ;	// PD1 = In Out Out In   In In Out In
  PO1 = PO1 & PO1_5_0 ;	// U10 Din (P1.5) = 0
  PO1 = PO1 | PO1_1_1 ;	// U10 CS (P1.1) = 1
  PO1 = PO1 & PO1_6_0 ;	// U10 SCLK (P1.6) = 0

  while (1) {
    wr_SPI(0x0700) ;	// U10 P7 (nLED0) = 0
    Delay() ;
    wr_SPI(0x0800) ;	// U10 P8 (nLED1) = 0
    Delay() ;
    wr_SPI(0x0900) ;	// U10 P9 (nLED2) = 0
    Delay() ;
    wr_SPI(0x0701) ;	// U10 P7 (nLED0) = 1
    Delay() ;
    wr_SPI(0x0801) ;	// U10 P8 (nLED1) = 1
    Delay() ;
    wr_SPI(0x0901) ;	// U10 P9 (nLED2) = 1
    Delay() ;
  }
}

void
wr_SPI(short SPI_Dat)	// Write data to SPI? device U10
{
  int i;

  PO1 = PO1 & PO1_1_0 ;	// U10 CS (P1.1) = 0

  for(i=0;i<16;i++) {	// Set Din for each data bit
    if (SPI_Dat < 0)
      PO1 = PO1 | PO1_5_1 ;	// Din = 1
    else
      PO1 = PO1 & PO1_5_0 ;		// Din = 0
    
    PO1 = PO1 | PO1_6_1 ;	// SCLK = 1
    PO1 = PO1 & PO1_6_0 ;	// SCLK = 0
    PO1 = PO1 & PO1_5_0 ;	// Din = 0
    SPI_Dat = SPI_Dat << 1 ;	// Shift in next bit
  }
  PO1 = PO1 | 0x02 ;	// CS = 1
}

void
Delay(void) {	// Delay to make LEDs visible
  int i = 0 ;
  for(i=0;i < 200000; i++) ;
  
}

SPI是Motorola, Inc.的商標(biāo)。