原创 LM3s1138学习手记（4）之玩转LED

好久没写东西了，不是我偷懒，而是最近很背。不说了，开始我们的LED吧！

先上硬件电路图：

既然是玩转LED，那么设计任务就不能草率。我的设计要求是：

先依次点亮LED1，LED2，LED3，时间间隔为1s，并循环。当按下K1时，熄灭所有的LED，再次按下K1，重新点亮。LED的亮灭状态可以同过UART实时显示。

这个任务不难，逻辑很清楚。设计的重点应该是UART实时显示和准确的定时。

先不管UART，先做LED的亮灭。（编译软件是IAR）

程序的开始先包含头文件和定义GPIO端口：

#include  "systemInit.h"

//  定义LED
#define  LED23_PERIPH             SYSCTL_PERIPH_GPIOG
#define  LED23_PORT                GPIO_PORTG_BASE
#define  LED23_PINS                 GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3

#define  LED1_PERIPH             SYSCTL_PERIPH_GPIOD
#define  LED1_PORT                GPIO_PORTD_BASE
#define  LED1_PIN                   GPIO_PIN_0

//定义KEY
#define KEY_PERIPH              SYSCTL_PERIPH_GPIOD
#define KEY_PORT                 GPIO_PORTD_BASE
#define KEY_PIN                    GPIO_PIN_1

然后，在main函数里面先调用下面两个函数：

jtagWait();

clockInit();

第一个是防止JTAG失效。什么是JTAG？为什么要防止它失效呢？这个函数又是怎么防止JTAG失效的呢？带着这些疑惑，我们来一一解答。不妨先百度一下JTAG：

JTAG是英文“Joint Test Action Group（联合测试行为组织）”的词头字母的简写，该组织成立于1985 年，是由几家主要的电子制造商发起制订的PCB 和IC 测试标准。JTAG 建议于1990 年被IEEE 批准为IEEE1149.1-1990 测试访问端口和边界扫描结构标准。该标准规定了进行边界扫描所需要的硬件和软件。自从1990 年批准后，IEEE 分别于1993 年和1995 年对该标准作了补充，形成了现在使用的IEEE1149.1a-1993 和IEEE1149.1b-1994。JTAG 主要应用于：电路的边界扫描测试和可编程芯片的在系统编程。

　　JTAG也是一种国际标准测试协议（IEEE 1149.1兼容），主要用于芯片内部测试。现在多数的高级器件都支持JTAG协议,如DSP、FPGA器件等。标准的JTAG接口是4线：TMS、TCK、TDI、TDO,分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。 相关JTAG引脚的定义为：TCK为测试时钟输入；TDI为测试数据输入，数据通过TDI引脚输入JTAG接口；TDO为测试数据输出，数据通过TDO引脚从JTAG接口输出；TMS为测试模式选择，TMS用来设置JTAG接口处于某种特定的测试模式；TRST为测试复位，输入引脚，低电平有效。GND

　　TI还定义了一种叫SBW-JTAG的接口，用来在引脚较少的芯片上通过最少的利用引脚实现JTAG接口，它只有两条线，SBWTCK，SBWTDIO。实际使用时一般通过四条线连接，VCC，SBWTCK，SBTDIO，GND，这样就可以很方便的实现连接，又不会占用大量引脚。

　　JTAG最初是用来对芯片进行测试的,基本原理是在器件内部定义一个TAP（Test Access Port测试访问口）通过专用的JTAG测试工具对进行内部节点进行测试。JTAG测试允许多个器件通过JTAG接口串联在一起,形成一个JTAG链,能实现对各个器件分别测试。现在，JTAG接口还常用于实现ISP（In-System Programmable;在线编程），对FLASH等器件进行编程。

　　JTAG编程方式是在线编程，传统生产流程中先对芯片进行预编程现再装到板上因此而改变，简化的流程为先固定器件到电路板上，再用JTAG编程,从而大大加快工程进度。JTAG接口可对PSD芯片内部的所有部件进行编程。

　　在硬件结构上，JTAG 接口包括两部分：JTAG 端口和控制器。与JTAG 接口兼容的器件可以是微处理器（MPU）、微控制器（MCU）、PLD、CPL、FPGA、ASIC 或其它符合IEEE1149.1 规范的芯片。IEEE1149.1 标准中规定对应于数字集成电路芯片的每个引脚都设有一个移位寄存单元，称为边界扫描单元BSC。它将JTAG 电路与内核逻辑电路联系起来，同时隔离内核逻辑电路和芯片引脚。由集成电路的所有边界扫描单元构成边界扫描寄存器BSR。边界扫描寄存器电路仅在进行JTAG 测试时有效，在集成电路正常工作时无效，不影响集成电路的功能。

　　关于简单JTAG电缆

　　目前有各种各样简单JTAG电缆，其实只是一个电平转换电路，同时还起到保护作用。JTAG的逻辑则由运行在PC上的软件实现，所以在理论上，任何一个简单 JTAG电缆，都可以支持各种应用软件，如Debug等。可以使用同一个JTAG电缆写Xilinx CPLD，AXD/ADW调试程序。关键再于软件的支持，大多数软件都不提供设定功能，因而只能支持某种JTAG电缆。

　　关于简单JTAG电缆的速度

　　JTAG 是串行接口，使用打印口的简单JTAG电缆，利用的是打印口的输出带锁存的特点，使用软件通过I/O产生JTAG时序。由JTAG标准决定，通过JTAG 写/读一个字节要一系列的操作，根据我的分析，使用简单JTAG电缆，利用打印口，通过JTAG输出一个字节到目标板，平均需要43个打印口I/O, 在我机器上（P4 1.7G)，每秒大约可进行660K次 I/O 操作，所以下载速度大约在660K/43, 约等于15K Byte/S. 对于其他机器，I/O速度大致相同，一般在600K ~ 800K.

　　JTAG接口解读

　　通常所说的JTAG大致分两类，一类用于测试芯片的电气特性，检测芯片是否有问题；一类用于Debug；一般支持JTAG的CPU内都包含了这两个模块。

　　一个含有JTAG Debug接口模块的CPU，只要时钟正常，就可以通过JTAG接口访问CPU的内部寄存器和挂在CPU总线上的设备，如FLASH，RAM，SOC（比如4510B，44Box，AT91M系列）内置模块的寄存器，象UART，Timers，GPIO等等的寄存器。

　　上面说的只是JTAG接口所具备的能力，要使用这些功能，还需要软件的配合，具体实现的功能则由具体的软件决定。

　　例如下载程序到RAM功能。了解SOC的都知道，要使用外接的RAM，需要参照SOC DataSheet的寄存器说明，设置RAM的基地址，总线宽度，访问速度等等。有的SOC则还需要Remap，才能正常工作。运行Firmware时，这些设置由Firmware的初始化程序完成。但如果使用JTAG接口，相关的寄存器可能还处在上电值，甚至时错误值，RAM不能正常工作，所以下载必然要失败。要正常使用，先要想办法设置RAM。在ADW中，可以在Console窗口通过Let 命令设置，在AXD中可以在Console窗口通过Set命令设置。

　　下面是一个设置AT91M40800的命令序列，关闭中断，设置CS0-CS3, 并进行Remap，适用于AXD(ADS带的Debug)

　　setmem 0xfffff124,0xFFFFFFFF,32 －－－关闭所有中断

　　setmem 0xffe00000,0x0100253d,32 －－－设置CS0

　　setmem 0xffe00004,0x02002021,32 －－－设置CS1

　　setmem 0xffe00008,0x0300253d,32 －－－设置CS2

　　setmem 0xffe0000C,0x0400253d,32 －－－设置CS3

　　setmem 0xffe00020,1,32 －－－Remap

　　如果要在ADW（SDT带的DEBUG）中使用，则要改为：

　　let 0xfffff124=0xFFFFFFFF －－－关闭所有中断

　　let 0xffe00000=0x0100253d －－－设置CS0

　　let 0xffe00004=0x02002021 －－－设置CS1

　　let 0xffe00008=0x0300253d －－－设置CS2

　　let 0xffe0000C=0x0400253d －－－设置CS3

　　let 0xffe00020=1 －－－Remap

　　为了方便使用，可以将上述命令保存为一个文件config.ini, 在Console窗口输入 ob config.ini 即可执行。

　　使用其他debug，大体类似，只是命令和命令的格式不同。

　　设置RAM时，设置的寄存器以及寄存器的值必须和要运行程序的设置一致。一般编译生成的目标文件是ELF格式，或类似的格式，包含有目标码运行地址，运行地址在Link时候确定。Debug下载程序时根据ELF文件中的地址信息下载程序到指定的地址。如果在把RAM的基地址设置为0x10000000, 而在编译的时候指定Firmware的开始地址在0x02000000, 下载的时候，目标码将被下载到0x02000000，显然下载会失败。

　　通过JTAG下载程序前应关闭所有中断，这一点和Firmware初始化时关闭中断的原因相同。在使用JTAG接口的时候，各中断的使能未知，尤其是FLASH里有可执行码的情况，可能会有一些中断被使能。使用JTAG下载完代码，要执行时，有可能因为未完成初始化就产生了中断，导致程序异常。所以，需要先关闭中断，一般通过设置SOC的中断控制寄存器完成。

　　使用JTAG写Flash。在理论上，通过JTAG可以访问CPU总线上的所有设备，所以应该可以写FLASH，但是FLASH写入方式和RAM大不相同，需要特殊的命令，而且不同的FLASH擦除，编程命令不同，而且块的大小，数量也不同，很难提供这一项功能。所以一般Debug不提供写Flash功能，或者仅支持少量几种Flash。

　　目前就我知道的，针对ARM，只有FlashPGM这个软件提供写FLASH功能，但使用也非常麻烦。AXD，ADW都不提供写FLASH功能。我写Flash的方法时是，自己写一个简单的程序，专门用于写目标板的FLASH，利用JTAG接口，下载到目标板，再把要烧写的目标码装成BIN格式，也下到目标板（地址和烧FLASH的程序的地址不同），然后运行已经下载的烧FLASH的程序。使用这种方式，比起FlashPGM的写Flash，速度似乎要快一些。

　　关于简单JTAG电缆。

　　目前有各种各样简单JTAG电缆，其实只是一个电平转换电路，同时还起到保护作用。JTAG的逻辑则由运行在PC上的软件实现，所以在理论上，任何一个简单JTAG电缆，都可以支持各种应用软件，如Debug等。我就曾使用同一个JTAG电缆写Xilinx CPLD，AXD/ADW调试程序。关键再于软件的支持，大多数软件都不提供设定功能，因而只能支持某种JTAG电缆。

　　关于简单JTAG电缆的速度。

　　JTAG是串行接口，使用打印口的简单JTAG电缆，利用的是打印口的输出带锁存的特点，使用软件通过I/O产生JTAG时序。由JTAG标准决定，通过JTAG写/读一个字节要一系列的操作，根据我的分析，使用简单JTAG电缆，利用打印口，通过JTAG输出一个字节到目标板，平均需要43个打印口I/O, 在我机器上（P4 1.7G)，每秒大约可进行660K次 I/O 操作，所以下载速度大约在660K/43, 约等于15K Byte/S. 对于其他机器，I/O速度大致相同，一般在600K ~ 800K.

　　关于如何提高JTAG下载速度。

　　很明显，使用简单JTAG电缆无法提高速度。要提高速度，大致有两种办法，

　　1。使用嵌入式系统提供JTAG接口，嵌入式系统和微机之间通过USB/Ethernet相连，这要求使用MCU。

　　2。使用CPLD/FPGA提供JTAG接口，CPLD/FPGA和微机之间使用EPP接口（一般微机打印口都支持EPP模式），EPP接口完成微机和CPLD/FPGA之间的数据传输，CPLD/FPGA完成JTAG时序。

　　这两种方法本人都实现过。第一个方法可以达到比较高的速度，实测超过了200KByte/S(注意：是Byte，不是Bit）；但是相对来说，硬件复杂，制造相对复杂。第二种相对来说，下载速度要慢一些，最快时达到96KByte/S，但电路简单，制造方便，而且速度可以满足需要。第二种方案还有一个缺点，由于进行I/O操作时，CPU不会被释放，因此在下载程序时，微机CPU显得很繁忙。

　　总的来说，本人认为，对于个人爱好者来说，第二种方法更可取。

我们真的要感谢百度，感谢互联网。有了上面的资料，JTAG就不难理解了。它作为一种测试工具，可以对遵守JTAG协议的IC进行可行性测试。而作为一种ISP在线编程方式，可以对Falsh进行编程和Debug。而JTAG和PC 的接口必须要电平转换，所以往往JTAG下载编程器就是一个电平转换器。这样就肯定有一个电平转换IC。

那么现在我们再来看LM3s1138上的JTAG接口：

LM3s1138    的JTAG接口是77——80，就像上面所说，电平转换IC是FT2232。

但是，在调试过程中有可能偶尔出现芯片的JTAG接口连接失效的问题，即遇到用调试器再也无法连接的情况。导致芯片JTAG接口连接失效的原因有多种，如与JTAG接口复用的GPIO管脚被占用、程序中已启用看门狗定时器（总是在不断复位，干扰调试）等等，但最常见的原因还是与JTAG接口复用的GPIO管脚被占用，从而导致上电后JTAG调试器来不及与芯片连接。于是我们就很有必要防止JTAG失效。看看与JTAG复用的GPIO管脚：

那么我猜这个jtagWate()函数就是在JTAG传输数据的时候，与之复用的GPIO端口不能使用，只有在JTAG空闲的时候这些端口才能被使用。一起来看看吧：

//  防止JTAG失效
void jtagWait(void)
{
    SysCtlPeriEnable(KEY_PERIPH);                           //  使能KEY所在的GPIO端口
    GPIOPinTypeIn(KEY_PORT, KEY_PIN);                       //  设置KEY所在管脚为输入

    if (GPIOPinRead(KEY_PORT, KEY_PIN) == 0x00)             //  若复位时按下KEY，则进入
    {
        for (;;);                                           //  死循环，以等待JTAG连接
    }

    SysCtlPeriDisable(KEY_PERIPH);                          //  禁止KEY所在的GPIO端口
}

写到这里，读者惊异了：这好像与题无关了。看的想，别急我们先搞清楚这些必要的过程，然后才好下手啊。有了这个函数，我们就可以放心复用与JTAG复用的GPIO端口了！再来看另一个函数：clockInit();时钟初始化。

任何处理器都必须有时钟，我们看看这个函数就知道我们的系统是多大的时钟频率。

//  系统时钟初始化
void clockInit(void)
{
    SysCtlLDOSet(SYSCTL_LDO_2_50V);                         //  设置LDO输出电压

    SysCtlClockSet(SYSCTL_USE_OSC |                         //  系统时钟设置
                   SYSCTL_OSC_MAIN |                        //  采用主振荡器
                   SYSCTL_XTAL_6MHZ |                       //  外接6MHz晶振
                   SYSCTL_SYSDIV_1);                        //  不分频
}

6MHz的主频，那么执行一条指令至少要1/6us。这个对我们精确1S的点亮LED是很有帮助的。源程序代码如下：

#include  "systemInit.h"

//  定义LED
#define  LED23_PERIPH             SYSCTL_PERIPH_GPIOG
#define  LED23_PORT                GPIO_PORTG_BASE
#define  LED23_PINS                 GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3

#define  LED1_PERIPH             SYSCTL_PERIPH_GPIOD
#define  LED1_PORT                GPIO_PORTD_BASE
#define  LED1_PIN                   GPIO_PIN_0

//  主函数（程序入口）
int main(void)
{   
      
    jtagWait();                                             //  防止JTAG失效，重要！
    clockInit();                                            //  时钟初始化：晶振，6MHz
   
    SysCtlPeriEnable(LED23_PERIPH);                        //使能相关的GPIO端口
    GPIOPinTypeOut(LED23_PORT,LED23_PINS);
    SysCtlPeriEnable(LED1_PERIPH);
    GPIOPinTypeOut(LED1_PORT,LED1_PIN);
         
    for (;;)
    {
           
       GPIOPinWrite(LED1_PORT,LED1_PIN,0xFE);
       SysCtlDelay(1000*(TheSysClock)/3000);
       GPIOPinWrite(LED1_PORT,LED1_PIN,0xFF);
       GPIOPinWrite(LED23_PORT,LED23_PINS,0xF7);
       SysCtlDelay(1000*(TheSysClock)/3000);
       GPIOPinWrite(LED23_PORT,LED23_PINS,0xF8);
       SysCtlDelay(1000*(TheSysClock)/3000);
    }
    
     
}

这和设计初衷有悖，而且延时的时间也不准确。关于定时器和UART下次再来补上。