CN107341111A - 一种usb接口的多功能嵌入式开发工具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种USB接口的多功能嵌入式开发工具，属于嵌入式开发技术领域，由电路板、USB接口、USB‑HUB电路、USB转串口电路、调试仿真电路、逻辑分析电路、JTAG接口、SWD接口、串口接口和逻辑测试接口组成。本发明只需一个USB接口连接计算机，配合计算机的软件即可实现调试仿真、串口测试、逻辑分析测试和代码下载等功能以满足嵌入式软件在开发各个阶段的调试仿真、测试、维护等功能需求，无需多个工具交叉使用，降低了嵌入式软件开发测试维护的工作强度，提高了工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种多功能嵌入式开发工具，特别涉及一种USB接口的多功能嵌入式开发工具，属于嵌入式开发技术领域。
背景技术
在嵌入式软件开发测试过程中需要各种各样的开发工具，主要包括用于调试仿真的调试仿真工具，包括用于测试的串行接口、用于数字信号测试分析的逻辑分析仪以及用于下载代码的下载工具等。
调试仿真工具目前主要存在两种调试仿真接口：JTAG接口和SWD接口，JTAG接口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、ARM器件等，标准的JTAG接口包括TMS、TCK、TDI、TDO等4线，分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。目前主流的JTAG接口的仿真器为J-LINK仿真器，其支持所有的ARM7/ARM9/ARM11和Cortex-M0/M1/M3内核芯片的仿真，并且能够和MDK、RealView等多种集成开发环境无缝连接，是一种应用广泛的调试仿真接口。
随着ARM公司Cortex系列的推出，采用SWD方式调试成了大家的首选，SWD不仅速度可以与JTAG媲美，而且使用的调试线少得多，现在越来越多的人采用SWD方式进行调试仿真，一般都是采用VCC、GND、SWDIO、SWCLK等4线，分别为电源、地、数据和时钟线，目前主流的SWD接口的仿真器为ST-LINK仿真器，其支持所有的Cortex-M0/M1/M3内核芯片的仿真，并且能够和MDK、RealView等多种集成开发环境无缝连接，也是一种应用广泛的调试仿真接口。
嵌入式软件测试主要使用串行接口和逻辑分析仪，测试时可通过串行接口打印输出测试信息，使用逻辑分析仪分析输出数字信号是否正确，时序是否与软件设计一致。而到了程序的维护期，用户更看重的是一种能够实现代码快速下载的工具，因为在维护期所进行的小规模代码优化和参数标定往往是不需要进行调试仿真和测试分析的，因此串口下载会更便于使用。
在申请号为201410573668.5的中国专利一种调试仿真与代码下载工具中公开了一种集成了调试仿真和串口下载为一体的工具，但是1)该工具本身不具备调试仿真功能，需要外接Jlink才能实现调试仿真；2)该工具不具备逻辑分析功能，不能对嵌入式软件测试输出的数字信号进行分析，只能满足满足嵌入式软件调试仿真和代码下载时的使用需求，不能满足测试时的使用需求。
目前，尚未出现能够融合上述串口、SWD接口、JTAG接口、逻辑分析测试接口的工具，以满足嵌入式软件在开发调试测试维护各个阶段的使用需求。
发明内容
本发明的主要目的是为了提供一种集成JTAG接口、SWD接口、串口和逻辑分析测试接口的多功能嵌入式开发工具，用于嵌入式软件的调试、仿真、下载代码与逻辑分析测试，以满足嵌入式软件在开发调试测试维护各个阶段的使用需求。
本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：
一种USB接口的多功能嵌入式开发工具，通过USB接口连接计算机，通过JTAG接口、SWD接口、串口接口和逻辑测试接口连接嵌入式开发板，包括电路板、USB接口、USB-HUB电路、JTAG接口、SWD接口、串口接口和逻辑测试接口，所述电路板分别与所述JTAG接口、所述SWD接口、所述串口接口和所述逻辑测试接口连接，所述USB接口与所述USB-HUB电路连接，所述JTAG接口和所述SWD接口通过调试仿真电路与所述USB-HUB电路连接，所述串口接口通过USB转串口电路与所述USB-HUB电路连接，所述逻辑测试接口通过逻辑分析电路与所述USB-HUB电路连接，所述电路板用于为所述USB-HUB电路、所述调试仿真电路、所述USB转串口电路和所述逻辑分析电路提供载体，所述USB-HUB电路用于实现将一路USB信号扩展为多路USB信号，分别调试USB转串口电路、调试仿真电路和逻辑分析电路。
进一步的，所述USB接口分为一个上行USB接口和多个下行USB接口，所述上行USB接口连接所述USB-HUB电路，所述下行USB接口用于扩展标准USB设备。
进一步的，所述USB-HUB电路将一路USB信号扩展为多路USB信号；
其中一路所述USB信号连接USB转串口电路，将USB信号转换为串口信号，通过所述串口接口对外连接；
另一路所述USB信号连接所述调试仿真电路，将USB信号转换为JTAG调试仿真信号和SWD调试仿真信号，通过所述SWD接口和所述JTAG接口对外连接；
另一路所述USB信号连接所述逻辑分析电路，将USB信号转换为逻辑分析信号，通过所述逻辑测试接口对外连接，
余下USB信号通过下行USB接口对外连接USB设备。
进一步的，分为软件调试仿真阶段、软件测试阶段和软件维护阶段；所述软件调试仿真阶段、所述软件测试阶段和所述软件维护阶段同时运行或单独运行。
进一步的，当处于软件调试仿真阶段时，通过上行USB接口连接计算机，通过SWD接口或JTAG接口连接嵌入式开发板，对计算机编写的嵌入式软件在嵌入式开发板上进行调试仿真和代码下载；
当处于软件测试阶段时，通过上行USB接口连接计算机，串口接口和/或逻辑测试接口连接嵌入式开发板，使用计算机软件对嵌入式软件在嵌入式开发板上的运行情况进行测试；
当处于软件维护阶段时，通过串口接口下载嵌入式软件代码，用于更新维护嵌入式开发板的固件。
进一步的，所述调试仿真电路为J-LINK标准电路或ST-LINK标准电路或通过USB接口实现的JTAG和SWD标准电路；所述JTAG接口具有至少五个引脚，采用标准2.54mm或2.0mm引脚间距的插针；所述SWD接口具有至少两个引脚，采用标准2.54mm或2.0mm引脚间距的插针。
进一步的，所述USB转串口电路为CP2102转换电路或PL2302转换电路或CH340转换电路；USB转串口电路的串口为TTL电平串口接口或RS232串口接口或RS485串口接口或RS422串口接口；USB转串口电路的串口采用标准2.54mm引脚间距的插针。
进一步的，所述逻辑分析电路为ARM电路或DSP电路，逻辑分析电路能够分析一路或者多路数字电平，所述逻辑测试接口具有至少一个引脚，采用标准2.54mm或2.0mm引脚间距的插针。
进一步的，所述USB-HUB电路为FE_1.1_S型一转四USB-HUB电路；所述USB转串口电路为CP2102型USB转串口电路，将USB信号转换为串口信号；所述调试仿真电路为STM32F103型调试仿真电路，将USB信号转换为SWD调试仿真信号；所述逻辑分析电路为CY7C68013型逻辑分析电路，将USB信号转换为逻辑分析信号。
进一步的，所述USB-HUB电路采用FE_1.1_S芯片；所述调试仿真电路采用STM3F103芯片，采用STLINK的标准固件；所述USB转串口电路采用CP2102芯片；所述逻辑分析电路采用CY7C68013芯片。
本发明的有益技术效果：按照本发明的USB接口的多功能嵌入式开发工具，本发明提供的USB接口的多功能嵌入式开发工具，开发工具只需一个USB接口连接计算机，配合计算机的软件即可实现调试仿真、串口测试、逻辑分析测试和代码下载等功能以满足嵌入式软件在开发各个阶段的调试仿真、测试、维护等功能需求，无需多个工具交叉使用，降低了嵌入式软件开发测试维护的工作强度，提高了工作效率；此外，在实现上述功能的基础上还实现了计算机USB接口的扩展。
附图说明
图1为按照本发明的USB接口的多功能嵌入式开发工具的逻辑原理图；
图2为按照本发明的USB接口的多功能嵌入式开发工具的一优选实施例的逻辑原理图，该实施例可以是与图1相同的实施例，也可以是与图1不同的实施例；
图3为按照本发明的USB接口的多功能嵌入式开发工具的一优选实施例的HUS-HUB电路的主要部分原理图，该实施例可以是与图1或图2相同的实施例，也可以是与图1或图2不同的实施例；
图4为按照本发明的USB接口的多功能嵌入式开发工具的一优选实施例的调试仿真电路的主要部分原理图，该实施例可以是与图1或图2或图3相同的实施例，也可以是与图1或图2或图3不同的实施例；
图5为按照本发明的USB接口的多功能嵌入式开发工具的一优选实施例的USB转串口电路的主要部分原理图，该实施例可以是与图1或图2或图3或图4相同的实施例，也可以是与图1或图2或图3或图4不同的实施例；
图6为按照本发明的USB接口的多功能嵌入式开发工具的一优选实施例的逻辑分析电路的主要部分原理图，该实施例可以是与图1或图2或图3或图4或图5相同的实施例，也可以是与图1或图2或图3或图4或图5不同的实施例。
具体实施方式
为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1和图2所示，本实施例提供的一种USB接口的多功能嵌入式开发工具，通过USB接口连接计算机，通过JTAG接口、SWD接口、串口接口和逻辑测试接口连接嵌入式开发板，其特征在于：包括电路板、USB接口、USB-HUB电路、JTAG接口、SWD接口、串口接口和逻辑测试接口，所述电路板分别与所述JTAG接口、所述SWD接口、所述串口接口和所述逻辑测试接口连接，所述USB接口与所述USB-HUB电路连接，所述JTAG接口和所述SWD接口通过调试仿真电路与所述USB-HUB电路连接，所述串口接口通过USB转串口电路与所述USB-HUB电路连接，所述逻辑测试接口通过逻辑分析电路与所述USB-HUB电路连接，所述电路板用于为所述USB-HUB电路、所述调试仿真电路、所述USB转串口电路和所述逻辑分析电路提供载体，所述USB-HUB电路用于实现将一路USB信号扩展为多路USB信号，分别调试USB转串口电路、调试仿真电路和逻辑分析电路。
进一步的，在本实施例中，如图1和图2所示，所述USB接口分为一个上行USB接口和多个下行USB接口，所述上行USB接口连接所述USB-HUB电路，所述下行USB接口用于扩展标准USB设备；所述USB-HUB电路将一路USB信号扩展为多路USB信号；其中一路所述USB信号连接USB转串口电路，将USB信号转换为串口信号，通过所述串口接口对外连接；另一路所述USB信号连接所述调试仿真电路，将USB信号转换为JTAG调试仿真信号和SWD调试仿真信号，通过所述SWD接口和所述JTAG接口对外连接；另一路所述USB信号连接所述逻辑分析电路，将USB信号转换为逻辑分析信号，通过所述逻辑测试接口对外连接，余下USB信号通过下行USB接口对外连接USB设备。
进一步的，在本实施例中，如图2所示，分为软件调试仿真阶段、软件测试阶段和软件维护阶段；所述软件调试仿真阶段、所述软件测试阶段和所述软件维护阶段同时运行或单独运行；当处于软件调试仿真阶段时，通过上行USB接口连接计算机，通过SWD接口或JTAG接口连接嵌入式开发板，对计算机编写的嵌入式软件在嵌入式开发板上进行调试仿真和代码下载；当处于软件测试阶段时，通过上行USB接口连接计算机，串口接口和/或逻辑测试接口连接嵌入式开发板，使用计算机软件对嵌入式软件在嵌入式开发板上的运行情况进行测试；当处于软件维护阶段时，通过串口接口下载嵌入式软件代码，用于更新维护嵌入式开发板的固件。
进一步的，在本实施例中，开发工具在嵌入式软件调试仿真阶段，主要使用方式为通过上行USB接口连接计算机，SWD接口连接嵌入式开发板，对计算机端编写的嵌入式软件在嵌入式开发板上进行调试仿真和代码下载。开发工具在嵌入式软件测试阶段，主要使用方式为通过上行USB接口连接计算机，串口接口和/或逻辑测试接口连接嵌入式开发板，使用计算机端软件对嵌入式软件在嵌入式开发板上的运行情况进行测试。开发工具在嵌入式软件维护阶段，主要使用方式为通过串口接口对嵌入式开发板下载嵌入式软件代码，用于更新维护嵌入式开发板的固件。开发工具的上述嵌入式软件开发各个阶段的使用方式可以组合同时使用，此外开发工具只需通过一个USB接口连接计算机，在实现上述嵌入式软件调试仿真、测试和代码下载的功能的同时，将还扩展出一个USB口可以连接U盘、鼠标等其他USB标准设备。
进一步的，在本实施例中，如图3、图4、图5和图6所示，所述调试仿真电路为J-LINK标准电路或ST-LINK标准电路或通过USB接口实现的JTAG和SWD标准电路；所述JTAG接口具有至少五个引脚，采用标准2.54mm或2.0mm引脚间距的插针；所述SWD接口具有至少两个引脚，采用标准2.54mm或2.0mm引脚间距的插针；所述USB转串口电路为CP2102转换电路或PL2302转换电路或CH340转换电路；USB转串口电路的串口为TTL电平串口接口或RS232串口接口或RS485串口接口或RS422串口接口；USB转串口电路的串口采用标准2.54mm引脚间距的插针；所述逻辑分析电路为ARM电路或DSP电路，逻辑分析电路能够分析一路或者多路数字电平，所述逻辑测试接口具有至少一个引脚，采用标准2.54mm或2.0mm引脚间距的插针。
进一步的，在本实施例中，如图3、图4、图5和图6所示，所述USB-HUB电路为FE_1.1_S型一转四USB-HUB电路；所述USB转串口电路为CP2102型USB转串口电路，将USB信号转换为串口信号；所述调试仿真电路为STM32F103型调试仿真电路，将USB信号转换为SWD调试仿真信号；所述逻辑分析电路为CY7C68013型逻辑分析电路，将USB信号转换为逻辑分析信号；所述USB-HUB电路采用FE_1.1_S芯片；所述调试仿真电路采用STM3F103芯片，采用STLINK的标准固件；所述USB转串口电路采用CP2102芯片；所述逻辑分析电路采用CY7C68013芯片。
进一步的，在本实施例中，所述的USB接口分为一个上行USB接口和一个下行USB接口。一个上行USB接口连接FE_1.1_S型一转四USB-HUB电路将一路USB信号转为四路USB信号。第一路USB信号连接CP2102型USB转串口电路，将USB信号转换为串口信号，通过串口接口对外连接。第二路USB信号连接STM32F103型调试仿真电路，将USB信号转换为SWD调试仿真信号，通过SWD接口对外连接。第三路USB信号连接CY7C68013型逻辑分析电路，将USB信号转换为逻辑分析信号通过逻辑测试接口对外连接。第四路USB信号的通过USB-A型下行USB接口对外连接，可外接USB设备。
进一步的，在本实施例中，如图3所示，USB-HUB电路采用FE_1.1_S芯片为主芯片设计，其主要部分的电路图如图3所示，USB-HUB电路实现了一路USB信号输入，将其转换为四路USB信号输出。
进一步的，在本实施例中，如图4所示，调试仿真电路采用STM3F103芯片为主芯片设计，其主要部分的电路图如图4所示，调试仿真电路采用STLINK的标准固件，实现了SWD标准，SWD接口采用5根2.54mm引脚间距的插针。
进一步的，在本实施例中，如图5所示，USB转串口电路采用CP2102芯片为主芯片设计，其主要部分的电路图如图5所示，USB转串口电路转出一路串口，采用TTL电平，串口接口采用3根2.54mm引脚间距的插针。
进一步的，在本实施例中，如图6所示，逻辑分析电路采用CY7C68013芯片为主芯片设计，其主要部分的电路图如图6所示，逻辑分析电路可分析8路数字电平，逻辑测试接口采用8根标准2.54mm引脚间距的插针。
综上所述，在本实施例中，按照本实施例的USB接口的多功能嵌入式开发工具，本实施例提供的USB接口的多功能嵌入式开发工具，开发工具只需一个USB接口连接计算机，配合计算机的软件即可实现调试仿真、串口测试、逻辑分析测试和代码下载等功能以满足嵌入式软件在开发各个阶段的调试仿真、测试、维护等功能需求，无需多个工具交叉使用，降低了嵌入式软件开发测试维护的工作强度，提高了工作效率；此外，在实现上述功能的基础上还实现了计算机USB接口的扩展。
以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种USB接口的多功能嵌入式开发工具，通过USB接口连接计算机，通过JTAG接口、SWD接口、串口接口和逻辑测试接口连接嵌入式开发板，其特征在于：包括电路板、USB接口、USB-HUB电路、JTAG接口、SWD接口、串口接口和逻辑测试接口，所述电路板分别与所述JTAG接口、所述SWD接口、所述串口接口和所述逻辑测试接口连接，所述USB接口与所述USB-HUB电路连接，所述JTAG接口和所述SWD接口通过调试仿真电路与所述USB-HUB电路连接，所述串口接口通过USB转串口电路与所述USB-HUB电路连接，所述逻辑测试接口通过逻辑分析电路与所述USB-HUB电路连接，所述电路板用于为所述USB-HUB电路、所述调试仿真电路、所述USB转串口电路和所述逻辑分析电路提供载体，所述USB-HUB电路用于实现将一路USB信号扩展为多路USB信号，分别调试USB转串口电路、调试仿真电路和逻辑分析电路。
2.根据权利要求1所述一种USB接口的多功能嵌入式开发工具，其特征在于：所述USB接口分为一个上行USB接口和多个下行USB接口，所述上行USB接口连接所述USB-HUB电路，所述下行USB接口用于扩展标准USB设备。
3.根据权利要求2所述一种USB接口的多功能嵌入式开发工具，其特征在于：所述USB-HUB电路将一路USB信号扩展为多路USB信号；
其中一路所述USB信号连接USB转串口电路，将USB信号转换为串口信号，通过所述串口接口对外连接；
另一路所述USB信号连接所述调试仿真电路，将USB信号转换为JTAG调试仿真信号和SWD调试仿真信号，通过所述SWD接口和所述JTAG接口对外连接；
另一路所述USB信号连接所述逻辑分析电路，将USB信号转换为逻辑分析信号，通过所述逻辑测试接口对外连接，
余下USB信号通过下行USB接口对外连接USB设备。
4.根据权利要求2所述一种USB接口的多功能嵌入式开发工具，其特征在于：分为软件调试仿真阶段、软件测试阶段和软件维护阶段；所述软件调试仿真阶段、所述软件测试阶段和所述软件维护阶段同时运行或单独运行。
5.根据权利要求4所述一种USB接口的多功能嵌入式开发工具，其特征在于：当处于软件调试仿真阶段时，通过上行USB接口连接计算机，通过SWD接口或JTAG接口连接嵌入式开发板，对计算机编写的嵌入式软件在嵌入式开发板上进行调试仿真和代码下载；
当处于软件测试阶段时，通过上行USB接口连接计算机，串口接口和/或逻辑测试接口连接嵌入式开发板，使用计算机软件对嵌入式软件在嵌入式开发板上的运行情况进行测试；
当处于软件维护阶段时，通过串口接口下载嵌入式软件代码，用于更新维护嵌入式开发板的固件。
6.根据权利要求1所述一种USB接口的多功能嵌入式开发工具，其特征在于：所述调试仿真电路为J-LINK标准电路或ST-LINK标准电路或通过USB接口实现的JTAG和SWD标准电路；所述JTAG接口具有至少五个引脚，采用标准2.54mm或2.0mm引脚间距的插针；所述SWD接口具有至少两个引脚，采用标准2.54mm或2.0mm引脚间距的插针。
7.根据权利要求1所述一种USB接口的多功能嵌入式开发工具，其特征在于：所述USB转串口电路为CP2102转换电路或PL2302转换电路或CH340转换电路；USB转串口电路的串口为TTL电平串口接口或RS232串口接口或RS485串口接口或RS422串口接口；USB转串口电路的串口采用标准2.54mm引脚间距的插针。
8.根据权利要求1所述一种USB接口的多功能嵌入式开发工具，其特征在于：所述逻辑分析电路为ARM电路或DSP电路，逻辑分析电路能够分析一路或者多路数字电平，所述逻辑测试接口具有至少一个引脚，采用标准2.54mm或2.0mm引脚间距的插针。
9.根据权利要求1所述一种USB接口的多功能嵌入式开发工具，其特征在于：所述USB-HUB电路为FE_1.1_S型一转四USB-HUB电路；所述USB转串口电路为CP2102型USB转串口电路，将USB信号转换为串口信号；所述调试仿真电路为STM32F103型调试仿真电路，将USB信号转换为SWD调试仿真信号；所述逻辑分析电路为CY7C68013型逻辑分析电路，将USB信号转换为逻辑分析信号。
10.根据权利要求1所述一种USB接口的多功能嵌入式开发工具，其特征在于：所述USB-HUB电路采用FE_1.1_S芯片；所述调试仿真电路采用STM3F103芯片，采用STLINK的标准固件；所述USB转串口电路采用CP2102芯片；所述逻辑分析电路采用CY7C68013芯片。
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