CN101178702A - 一种微控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微控制器，包括模式切换装置，与串行数据接口、CPU、在线调试器和内部总线连接，用于在仿真模式和工作模式间进行切换，并将所述串行数据接口输入的数据信号传输到内部总线；如果切换到仿真模式，则模式切换装置通过对所述CPU和/或所述在线调试器的控制操作，使得所述在线调试器获得所述内部总线的控制权；如果切换到工作模式，则模式切换装置通过对所述CPU和/或所述在线调试器的控制操作，使得所述CPU获得所述内部总线的控制权。本发明可以在工作模式和仿真模式间进行灵活切换，并减少了仿真调试所需的端口数目，也不需要在CPU中植入仿真程序。
Description
技术领域
本发明涉及一种微控制器，尤其是一种具有在线调试功能的微控制器。
背景技术
随着深亚微米CMOS(Complementary Metal-Oxide-SemiconductorTransistor，互补型金属氧化物半导体)集成电路生产工艺的不断进步，目前技术上已经可以把复杂的微控制器内核集成在一块芯片上，同时留有足够的硅片面积用于实现复杂的存储器和外设逻辑，过去用于高端32位和64位CPU的设计方法和构架现在已经能够有效的用于低价微控制器系统。利用这些功能强大而且便宜的微控制器，全系统的集成度不断提高。硬件结构可执行更复杂高效的程序，集成更多的硬件功能。
近年来，微控制器的开发和应用获得了广泛的普及，而微控制器的开发和应用离不开基于该微控制器的仿真器。虽然仿真器应该具有什么特征还有不同的看法，但是各种微控制器的仿真芯片都有一些特征：(1)必须基于一定的微控制器构架设计的；(2)具备微控制器芯片能够实现的全部功能；(3)具备一定的微控制器的实时调试、仿真功能。
微控制器的仿真器芯片的这些特征也带来了一些本质的缺陷和不足：
(1)仿真器芯片的构架是基于一定构架的微控制器；
(2)仿真器的使用需要一定的软件硬件的支持；
(3)仿真器芯片面积大于微控制器芯片面积，仿真器芯片的管脚数目大于微控制器芯片的管脚数目；
(4)仿真器主要用于调试和仿真，所以芯片的量产不会很大。
目前，很多公司生产微控制器都需要生产专用的仿真器，如微芯片公司(Microchip)、摩托罗拉(Motorola)、日本电气(NEC)、日立(Hitachi)、盛群(Holtek)等。这些仿真器都是基于特定的微控制器的构架，所以不具备可移植性。
现有技术中的微控制器大部分都没有内嵌在线调试功能，对于内嵌有在线调试功能的微控制器，其仿真所用的端口数目较多，并且需要向需要仿真的CPU中植入程序才可以进行仿真，对于在线调试仿真来说极为不便。
发明内容
本发明的目的是提供一种微控制器，内嵌有在线调试单元，并且可以在工作模式和仿真模式间进行灵活切换，并且减少仿真调试所需的端口数目，也不需要在CPU中植入仿真程序。
为实现上述目的，本发明提供了一种微控制器，包括：CPU，程序存储器，数据存储器，在线调试器，串行数据接口，时钟输入接口，用于为所述串行数据接口提供输入串行数据所需的时钟；所述CPU、程序存储器、数据存储器、在线调试器通过内部总线相互连接，还包括：
模式切换装置，与所述串行数据接口、CPU、在线调试器和内部总线连接，用于在仿真模式和工作模式间进行切换，并将所述串行数据接口输入的数据信号传输到内部总线；
如果切换到仿真模式，则模式切换装置通过对所述CPU和/或所述在线调试器的控制操作，使得所述在线调试器获得所述内部总线的控制权；
如果切换到工作模式，则模式切换装置通过对所述CPU和/或所述在线调试器的控制操作，使得所述CPU获得所述内部总线的控制权。
由上述技术方案可知，本发明通过内嵌在线调试单元，不需要专用的仿真器就就可以完成在线仿真，通过设置模式切换装置可以在工作模式和仿真模式间进行灵活切换，由于仅通过串行数据接口和串行时钟输入接口就可以完成仿真调试数据和命令的输入，减少了仿真调试所需的端口数目，通过调试器通对CPU进行直接控制和并直接将CPU处理结果输出，不需要在CPU中植入仿真程序。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例一的微控制器的结构示意图；
图2为本发明实施例一的微控制器中的模式切换装置的结构示意图；
图3为本发明实施例一的微控制器中的在线调试器的结构示意图；
图4为本发明实施例二的微控制器的结构示意图。
具体实施方式
实施例一
如图1所示，其为本发明微控制器的实施例一的结构示意图，包括：
CPU1、程序存储器2、数据存储器3、在线调试器4，串行数据接口，时钟输入接口，用于为所述串行数据接口提供输入串行数据所需的时钟；所述CPU、程序存储器、数据存储器、在线调试器通过内部总线5相互连接；
模式切换装置6，与所述串行数据接口、CPU、在线调试器和内部总线连接，用于在仿真模式和工作模式间进行切换，并将所述串行数据接口输入的数据信号传输到内部总线；
如果切换到仿真模式，则模式切换装置通过对所述CPU和/或所述在线调试器的控制操作，使得所述在线调试器获得所述内部总线的控制权；
如果切换到工作模式，则模式切换装置通过对所述CPU和/或所述在线调试器的控制操作，使得所述CPU获得所述内部总线的控制权。
基于本实施例的结构，在处于仿真模式下，通过上述的串行数据接口输入的数据信号(可以包括仿真调试用的数据或命令)，向微控制器发出实现仿真的各种命令和数据，来控制整个仿真过程，具体可以实现连续运行、暂停、断点、单步运行等功能，仿真后的产生数据通过串行数据接口输出。由于微控制器本身内置了在线调试器和模式切换装置，在进行在线调试的过程中，不需要专用的仿真器，而且应用的端口较少，仅需要一个串行数据接口和一个时钟输入接口即可完成仿真运行过程。
上述实施例中，模式切换装置可以根据程序存储其中存储的与所述模式切换装置对应的控制字来进行仿真模式和工作模式的切换。当用户需要对微控制器进行仿真调试时，首先对程序存储器中的与模式切换装置对应的控制字进行修改，从而实现对模式切换装置的控制。具体可以通过控制字中某一位来设定仿真模式和工作模式。
上述的模式切换装置具体可以采用如图2所示的结构，具体包括：
所存器61，其输入端用于输入程序存储器中存储的与所述模式切换装置对应的控制字；
数字开关62，与所述锁存器的输出端、串行数据接口连接，用于根据所述锁存器的输出结果，将串行数据接口输入的数据信号传输给所述内部总线和/或所述在线调试器和/或CPU。
当程序存储器中存储的控制字中相应的控制位发生改变后，锁存器的输出端的信号随之发生翻转，从而触发与其连接的数字开关，执行控制操作，使得CPU或在线调试器获得所述内部总线的控制权。
在工作模式到仿真模式的切换过程中，可能出现如下情况：
当切换至仿真模式时，如果微控制器正在执行单周期指令，微控制器将在当前指令周期完成后进入仿真模式。
当切换至仿真模式时，微控制器正在执行双周期指令，微控制器将在当前指令执行完成后进入仿真模式。
当切换至仿真模式时，微控制器正在响应中断，微控制器将相应中断完毕后进入仿真模式。
上述实施例中的在线调试器的内部结构可以如图3所示，具体包括：
端口数据输入移位寄存器41，与所述模式切换装置连接，用于在仿真模式下，通过模式切换装置接收串行数据接口输入的数据信号；
端口数据输出移位寄存器42，与所述模式切换装置、CPU中的DMA(DirectMemory Access，存储器直接存取，简称DMA)连接，用于接收CPU的处理后输出的数据信号，并通过所述模式切换装置和所述串行数据接口输出；
协议分析单元43，与连接CPU的时钟发生器、所述CPU、所述端口数据输出移位寄存器连接，用于对所述端口数据输入移位寄存器输出的数据信号进行处理，生成至少如下三类仿真控制信号：
CPU时钟控制信号，该信号传输到所述与连接CPU的时钟发生器，用于在仿真的过程中，控制CPU时钟的使能或停止；
调试控制信号，该信号传输到CPU，用于对CPU的数据处理过程进行仿真控制；例如：可以进行步越、运行、暂停、单步、断点设置等控制；
数据输出控制信号，该信号传输到所述端口数据输出移位寄存器，用于控制端口数据输出移位寄存器的数据输出。
这样，通过直接控制CPU的操作，并且直接从CPU的DMA中直接获取到CPU的处理结果数据，从而不需要修改程序存储器中存储的程序，就可以直接完成仿真调试过程。
实施例二
如图4所示，与实施例一不同之处在于，微控制器还包括在线编程接口单元7，与所述程序存储器和所述在线调试器连接，用于根据在线调试器输出的控制信号，对程序存储器中进行读写操作。这样通过在线调试器和在线编程接口单元就可以执行编程、校验、查空等操作。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种微控制器，包括：CPU，程序存储器，数据存储器，在线调试器，串行数据接口，时钟输入接口，用于为所述串行数据接口提供输入串行数据所需的时钟；所述CPU、程序存储器、数据存储器、在线调试器通过内部总线相互连接，其特征在于，还包括：
模式切换装置，与所述串行数据接口、CPU、在线调试器和内部总线连接，用于在仿真模式和工作模式间进行切换，并将所述串行数据接口输入的数据信号传输到内部总线；
如果切换到仿真模式，则模式切换装置通过对所述CPU和/或所述在线调试器的控制操作，使得所述在线调试器获得所述内部总线的控制权；
如果切换到工作模式，则模式切换装置通过对所述CPU和/或所述在线调试器的控制操作，使得所述CPU获得所述内部总线的控制权。
2.根据权利要求1所述的微控制器，其特征在于，所述在线调试器包括：
端口数据输入移位寄存器，与所述模式切换装置连接，用于在仿真模式下，通过模式切换装置接收串行数据接口输入的数据信号；
端口数据输出移位寄存器，与所述模式切换装置、CPU中的存储器直接存取连接，用于接收CPU的处理后输出的数据信号，并通过所述模式切换装置和所述串行数据接口输出；
协议分析单元，与连接CPU的时钟发生器、所述CPU、所述端口数据输出移位寄存器连接，用于对所述端口数据输入移位寄存器输出的数据信号进行处理，生成至少如下三类仿真控制信号：
CPU时钟控制信号，该信号传输到所述连接CPU的时钟发生器，用于在仿真的过程中，控制CPU时钟的使能或停止；
调试控制信号，该信号传输到CPU，用于对CPU的数据处理过程进行仿真控制；
数据输出控制信号，该信号传输到所述端口数据输出移位寄存器，用于控制端口数据输出移位寄存器的数据输出。
3.根据权利要求1或2所述的微控制器，其特征在于，所述模式切换装置根据程序存储器中存储的与所述模式切换装置对应的控制字来进行仿真模式和工作模式的切换。
4.根据权利要求3所述的微控制器，其特征在于，所述模式切换装置包括：
锁存器，其输入端用于输入程序存储器中存储的与所述模式切换装置对应的控制字；
数字开关，与所述锁存器的输出端、串行数据接口连接，用于根据所述锁存器的输出结果，将串行数据接口输入的数据信号传输给所述内部总线和/或所述在线调试器和/或CPU。
5.根据权利要求1所述的微控制器，其特征在于，还包括在线编程接口单元，与所述程序存储器和所述在线调试器连接，用于根据在线调试器输出的控制信号，对程序存储器进行读写操作。
6.根据权利要求2所述的微控制器，其特征在于，对CPU的数据处理过程进行仿真控制具体包括：进行步越和/或运行和/或暂停和/或单步和/或断点设置的控制。
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