USB接口無線仿真器—硬件模塊設計

高 揚

（西安郵電大學,710121）

本系統采用TI公司MSP430作為主控芯片，實現了一套USB協議轉到JTAG協議的無線仿真系統，可支持所有LM3S系列MCU的程序的調試和下載。本論文主要研究系統整體流程和硬件模塊的實現。論文在整體上主要講解HOST模塊和OBJ模塊的功能和職責，在硬件上面通過最小系統，USB模塊，射頻模塊，JTAG模塊對系統進行全面的解析，系統還有一些可擴展功能作為展望在文章最后進行介紹。

0 引言

在嵌入式系統的設計過程中，仿真器完成的工作是把從PC機發出的命令和數據通過JTAG命令傳送到目標機和從目標機讀取相關調試數據，實現協議轉換的功能。目前，常用的仿真器有基于PC機串行端口和并行端口的仿真器兩種類型。基于PC機串口的仿真期間功能有限，且速度慢。基于PC機并口的仿真器一般是采用PC機并口外加一些鎖存器來實現的，并通過PC機模擬JTAG時序，PC的并口一般只有一個，加上并口不支持熱插拔，當存在多個基于并口的JTAG調試器系統時，實際使用過程中會很不方便。

隨著USB接口技術的發展，利用USB接口作為仿真器的傳輸接口，不僅可以解決傳統仿真器的速度瓶頸限制，且支持熱插拔，一臺PC機可以帶多個目標系統的仿真器。雖然市面上已經出現了有線的USB仿真器，但是在許多場合的限制下，使得我們不能很方便的接近我們的目標版，這樣使得我們的仿真是難上加難。如果將PC與開發板用無線連接起來后，這樣我們的仿真將變得很容易，能適用于某些困難的環境。

本系統采用TI公司MSP430作為主控芯片，以射頻作為通訊方式，實現了一套USB協議轉到JTAG協議的無線仿真系統，可支持所有LM3S系列MCU的程序的調試和下載。

1 緒論

1.1 功能定義

USB無線仿真系統是一款簡單易用的調試代理工具，功能和流行的MULTI-ICE，H-JTAG類似。它專門用于對Luminary系列單片機程序的調試和下載，該系統結合IAR EWARM 集成開發環境，可支持所有LM3S系列MCU的程序的調試和下載。

USB無線仿真系統采用USB接口與電腦連接，打破傳統的用并口和串口下載程序的方式，無論是臺式電腦還是筆記本電腦都應用自如。同時采用無線使得調試能夠更加方便的去適應各種應用環境。PC通過USB無線仿真系統能夠實現調試代理功能，實現FLASH燒寫的功能。

1.2 項目整體介紹

本文描述USB無線仿真系統的總體設計方案。USB無線仿真系統屬于是嵌入式系統的一個組成部分，用于嵌入式目標版程序的調試和下載，本系統在PC端直接調用的是FTDI公司在IAR中的服務程序。用戶通過IAR將指令和數據傳給FTDI服務程序，FTDI服務程序再將這些指令和數據傳送給USB無線仿真器，USB無線仿真系統將這些數據轉成JTAG的協議和目標板進行交互。

嵌入式USB無線仿真系統總體上分成HOST模塊和OBJ模塊，HOST模塊和OBJ模塊功能分配簡單如下：

USB接口無線仿真器HOST模塊由MSP430系列核心芯片F5501和RF2401無線傳輸模塊構成，其目標功能大致如下：MSP430核心芯片通過PC的USB端口接收到由IAR或ADS傳輸的指令或數據后，經過解析后以RF的方式發送給數據接收轉換OBJ模塊。

USB接口無線仿真器OBJ模塊同樣由MSP430系列核心芯片F5501和RF2401無線傳輸模塊構成，OBJ模塊在接收到了HOST模塊發送的數據后。進行RF到JTAG的轉換后傳遞給調試目標板，最后完成無線仿真調試的功能。

2 設計方案

2.1 系統組成

本題目基于Ti 微控器設計無線連接的嵌入式系統仿真工具包。其主要功能是實現調試代理功能，實現FLASH燒寫的功能，實現USB轉UART的功能。

一個整套的仿真系統是由PC端的服務程序和仿真設備組成。由于我們的仿真系統是基于無線的，所以仿真設備分為HOST模塊和OBJ模塊。三者之間的組成聯系關系如下圖：

調試軟件(IAR)通過RDI接口與FTDI SERVER 進行交互，FTDI SERVER通過USB接口連接仿真系統的HOST模塊，HOST模塊通過RF信道和OBJ模塊進行交互，OBJ模塊通過JTAG對目標版進行調試和程序的下載。

2.2 系統各單元功能說明和定義

前面已經說了仿真系統主要的3個模塊是FTDI服務程序，HSOT模塊，OBJ模塊。

圖表1-1項目整體架構

圖表 2-1 系統組成模塊間相互通信

圖表 2-2 項目單元功能

圖表 2-41 HOST模塊原理圖

圖表2-42 OBJ模塊原理圖

FTDI服務程序功能說明和定義：RDI接口是ARM公司提出的調試接口標準，主要用于ARM芯片的JTAG仿真。調試軟件IAR通過RDI協議將調試程序或者下載程序用的指令和數據傳給英商飛特帝亞有限公司（FTDI）的FTDI服務程序，FTDI服務程序將RDI協議的數據和指令進行轉化成USB協議的數據和指令發送給HOST模塊進行相應的處理。

HOST模塊功能說明和定義：HOST模塊通過USB接口與PC機相互連接，PC端的FTDI SERVER通過USB將調試軟件的數據和指令傳給HOST模塊后，該模塊對程序數據和指令進行轉換用射頻信號RF2401傳送出去給OBJ模塊。

OBJ模塊功能說明和定義：OBJ模塊和HOST模塊是采用的RF2401進行相互的數據交換。HOST模塊傳過來的RF信號傳給OBJ模塊后，OBJ模塊要對數據進行進行轉換，使得RF信號傳過來的USB數據轉化成JTAG協議，然后對目標版進行操作。

2.3 系統對外接口示意圖

圖表 2-3系統對外接口示意圖

2.4 系統原理圖

（1） HOST模塊原理圖

（2） OBJ 模塊原理圖

3 結論

本題目基于Ti微處理器設計無線連接的嵌入式系統仿真工具包。具有“Host模塊”和“Obj模塊”兩個模塊組成。本文論述的是此系統的硬件設計和主體實現思路的實現，在實現中間牽扯很多的傳輸轉換和協議解析，具體過程：PC端通過USB端口將數據發給HOST模塊，HOST模塊將數據通過RF射頻信號傳給OBJ模塊。然后OBJ模塊將數據進行解析成JTAG協議給目標版進行程序的下載，當然目標版的信息通過JTAG協議給OBJ模塊，OBJ模塊通過rf傳給host模塊，然后host又通過USB傳給PC端的調試程序這樣就是調試信息反饋的實現。

PC通過USB無線仿真系統能夠實現調試代理功能，實現FLASH燒寫的功能，將來可擴展的功能實現USB信息轉UART信號。