自制ROM-Monitor仿真STC8A8K64S4A12（IAR平臺(tái)）

ID:351097 · 發(fā)表于 2020-3-14 17:01

本帖最后由沒(méi)有你于 2020-3-24 15:30 編輯

之前發(fā)過(guò)帖子介紹如何在IAR建立STC8A8K64S4A12單片機(jī)工程，詳情可以查看http://www.torrancerestoration.com/bbs/dpj-168481-1.html。雖然可以在IAR平臺(tái)正常編譯STC8A8K64S4A12工程，但是沒(méi)有基于IAR平臺(tái)的STC單片機(jī)的硬件在線調(diào)試工具。IAR平臺(tái)有一個(gè)軟件仿真工具simulator，這個(gè)工具很強(qiáng)大，一般被用來(lái)驗(yàn)證程序代碼的邏輯功能。但由于是軟件仿真，終究沒(méi)法體現(xiàn)硬件的真實(shí)狀態(tài)，比如變量存儲(chǔ)地址等信息。STC官方針對(duì)keil平臺(tái)有一個(gè)類(lèi)似ROM-Monitor的調(diào)試工具：STC Monitor-51，但是無(wú)法在IAR平臺(tái)使用，的確有點(diǎn)遺憾。自己花了點(diǎn)時(shí)間，仔細(xì)研究了一些IAR官方提供的官方資料，經(jīng)過(guò)多次修改調(diào)試，總算搞出適配STC8A8K64S4A12單片的ROM-Monitor調(diào)試工具。有了ROM-Monitor調(diào)試工具，在IAR平臺(tái)也能愉快玩耍STC8A單片機(jī)了。一、ROM-Monitor簡(jiǎn)介。
ROM-Monitor是一種在線調(diào)試工具，利用單片機(jī)構(gòu)成下位機(jī)和上位機(jī)進(jìn)行通信來(lái)實(shí)現(xiàn)程序調(diào)試。使用時(shí)，需要先將ROM-Monitor固件燒錄到單片機(jī)里面，這樣單片機(jī)就成為下位機(jī)，然后將單片機(jī)連接PC上位機(jī)。在單片機(jī)和上位機(jī)的通信過(guò)程中，上位機(jī)首先會(huì)識(shí)別ROM-Monitor固件的設(shè)備，然后將需要調(diào)試的代碼傳到下位機(jī)。對(duì)于下位機(jī)來(lái)講，就是執(zhí)行的應(yīng)用程序的下載。完成后，下位機(jī)就按照上位機(jī)的調(diào)試指令進(jìn)行操作，調(diào)試指令有全速運(yùn)行、單步、斷點(diǎn)設(shè)置和暫停等。只要單片機(jī)擁有串口，并且支持IAP，基本上就可以用ROM-Monitor調(diào)試。但是ROM-Monitor也有缺點(diǎn)，比如需要占用單片機(jī)的程序空間和串口資源。
二、ROM-Monitor的使用條件。
本次基于STC8A8K64S4A12單片機(jī)的ROM-Monitor所占資源如下所示：
1、串口1（P3_0、P3_1）
2、4K程序空間(0x0000-0x0FFF)
3、XDATA:128字節(jié)(0x0000-0x0080)
串口1主要是和IAR上位機(jī)通信用的，另外用到了串口中斷，所以在調(diào)試時(shí)，不要用到串口1的任何資源，不要關(guān)閉串口中斷和總中斷。ROM-Monitor占用4K的程序空間，地址從0x0000-0x0FFF。所以應(yīng)用程序代碼起始地址要設(shè)定從0x1000開(kāi)始。另外，應(yīng)用程序代碼不能往任何中斷向量地址寫(xiě)代碼，也就是說(shuō)無(wú)法調(diào)試硬件中斷，只能用查詢(xún)方式判斷中斷標(biāo)志位來(lái)調(diào)試中斷。 ROM-Monitor占用128字節(jié)的xdata的RAM空間，主要是用來(lái)保護(hù)和恢復(fù)應(yīng)用程序現(xiàn)場(chǎng)的。每次上位機(jī)發(fā)數(shù)據(jù)給下位機(jī)，都會(huì)觸發(fā)串口1中斷，在中斷處理中，會(huì)保存應(yīng)用程序的PSW、DPH和DPL等寄存器內(nèi)容，然后將內(nèi)部ram地址0x00-0x80的內(nèi)容和xdata地址0x0000-0x0080中內(nèi)容做交換，最后跳轉(zhuǎn)到ROM-Monitor主程序，執(zhí)行上位機(jī)的指令操作。等到完成上位機(jī)的指令操作后，下位機(jī)會(huì)再次將內(nèi)部ram地址0x00-0x80的內(nèi)容和xdata地址0x0000-0x0080中內(nèi)容做交換，還原應(yīng)用程序的PSW、DPH、DPL等寄存器內(nèi)容，最后通過(guò)中斷返回到應(yīng)用程序。
如果沒(méi)有指定變量存放地址，每次上電單片機(jī)自動(dòng)分配給變量的RAM地址都是不一樣的�？赡苡腥藭�(huì)擔(dān)心單片機(jī)可能會(huì)把xdata的0x0000-0x0080這個(gè)地址分配其他變量使用，那豈不是會(huì)破壞ROM-Monitor的正常運(yùn)行嗎？其實(shí)這個(gè)擔(dān)心是多余的，因?yàn)镽OM-Monitor指定在xdata的0x0000地址申請(qǐng)一個(gè)占128個(gè)字節(jié)的大數(shù)組全局變量，而且單片機(jī)上電首先會(huì)執(zhí)行ROM-Monitor程序，所以應(yīng)用程序是無(wú)法在xdata的0x0000-0x0080申請(qǐng)其他變量的。

ROM-Monitor設(shè)置斷點(diǎn)是軟件斷點(diǎn)，理論上可以設(shè)置很多個(gè)斷點(diǎn)。但是，實(shí)際上不要設(shè)置太多斷點(diǎn)，太多斷點(diǎn)會(huì)影響調(diào)試的效率，一般設(shè)置1-10個(gè)斷點(diǎn)為宜。另外，不要在同一個(gè)函數(shù)設(shè)置多個(gè)斷點(diǎn)，可能會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的發(fā)生。如果要調(diào)試一個(gè)函數(shù)，只需要在函數(shù)里面設(shè)一個(gè)斷點(diǎn)，等到程序執(zhí)行到斷點(diǎn)處，再單步調(diào)試即可。
三、IAR平的debugger功能
IAR平臺(tái)需要通過(guò)ddf后綴的硬件描述文件來(lái)識(shí)別單片機(jī)的所有寄存器地址，硬件描述文就是芯片的說(shuō)明書(shū)。編寫(xiě)和測(cè)試STC8A8K64S12.ddf文件花了我不少時(shí)間，純手打，眼力校驗(yàn)，差點(diǎn)就吐了。
ROM-Monitor支持存儲(chǔ)讀寫(xiě)功能，調(diào)試過(guò)程中，IAR都會(huì)實(shí)時(shí)更新存儲(chǔ)器的內(nèi)容。如下圖所示
讀取內(nèi)部資源.JPG

在菜單欄view中，選擇memory，就可以調(diào)出memory頁(yè)面。通過(guò)ROM-Monitor，IAR可以讀寫(xiě)全部ROM地址和RAM地址的內(nèi)容。memory總共劃分成6個(gè)頁(yè)面，即iData、xData、sfr、code、Data和pData。以STC8A8K64S12單片機(jī)為例，其中iData表示內(nèi)部ram空間0x00-0xff的內(nèi)容，xData表示外部ram空間0x0000-0x1fff的內(nèi)容，sfr表示位于內(nèi)部ram從0x80-0xff寄存器的內(nèi)容，code表示內(nèi)部rom空間0x0000-0xffff的內(nèi)容，Data表示內(nèi)部ram從0x00-0x7f的內(nèi)容，pData表示外部ram空間0x0000-0x00ff的內(nèi)容。比如切換到code頁(yè)面，可以清楚查看ROM-Monitor和應(yīng)用程序的存儲(chǔ)地址和內(nèi)容，其中ROM-Monitor使用地址0x0000-0x0fff，禁止修改這個(gè)區(qū)域的任何數(shù)據(jù)，否則會(huì)損壞ROM-Monitor固件。由于全部存儲(chǔ)都已經(jīng)可視化，我們可以很方便地做一些存儲(chǔ)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，比如下圖測(cè)試寫(xiě)RAM空間：
ram寫(xiě)入.JPG

在xdata指定一個(gè)起始地址為0x0400的數(shù)組，數(shù)組長(zhǎng)度為100個(gè)字節(jié)，然后依次為數(shù)組從100-0賦值。xdata頁(yè)面可以清楚地顯示數(shù)組的地址也是從0x0400開(kāi)始，數(shù)值也是完全對(duì)應(yīng)的，數(shù)值顯示格式是十六進(jìn)制的。測(cè)試寫(xiě)ROM空間也是可以直接通過(guò)這種方式驗(yàn)證的，非常方便和實(shí)用。下面介紹一下寄存器的讀寫(xiě)功能。
寄存器的查看可以通過(guò)sfr頁(yè)面查看位于0x80-0xff的寄存器地址和內(nèi)容，如下圖所示：

不過(guò)這種方式要自己根據(jù)地址去查找對(duì)應(yīng)寄存器名稱(chēng)，很不方便。IAR提供一種查看寄存器的方式，通過(guò)讀取ddf硬件描述文件將寄存器的名字和地址對(duì)應(yīng)起來(lái)，羅列在欄目中，比較直觀。在菜單欄view中，選擇registers，就可以調(diào)出register頁(yè)面。如下圖所示：
寄存器.JPG

IAR允許同時(shí)打開(kāi)四個(gè)registers欄目，每個(gè)欄目顯示不同功能類(lèi)寄存器組的內(nèi)容，如果要切換顯示其他寄存器，可以右鍵選擇要切換的寄存器，如下圖所示：
寄存器.png

基本上STC8A8K64S12所有的寄存器都可以找到，寄存器的名稱(chēng)都是嚴(yán)格按照STC8的datasheet編寫(xiě)。如果要查看寄存器的某個(gè)位的狀態(tài)，可以點(diǎn)擊在寄存器名稱(chēng)的前的“+”圖標(biāo)。比如要查看ADC寄存器的各個(gè)位，如下圖所示：

有些寄存器某些位不存在，則用“-----”代替。有些名稱(chēng)占據(jù)多個(gè)位，則在其后標(biāo)注序號(hào)，比如上圖ADC_CHS占據(jù)四個(gè)位，從高位到低位依次標(biāo)注為：ADC_CHS3、ADC_CHS2、ADC_CHS1、ADC_CHS0。
只要在欄目點(diǎn)擊寄存器的數(shù)值，就可以填寫(xiě)修改的數(shù)值，修改是立即生效的，非常方便。比如我要點(diǎn)亮P5.5引腳的LED燈，只需要將P5端口修改為0xDF，或者直接往P5_5寫(xiě)0。對(duì)于一些位于片外RAM空間0xfe00-0xffff的寄存器，ROM-Monitor訪問(wèn)這部分寄存器前會(huì)保存P_SW2寄存器的內(nèi)容，再使能P_SW2寄存器的EAXFR位，訪問(wèn)結(jié)束后，再還原之前的P_SW2寄存器內(nèi)容，所以IAR可以正常讀寫(xiě)這些寄存器。但是，應(yīng)用程序代碼如果要正常訪問(wèn)這些寄存器，要先使能P_SW2寄存器的EAXFR位。
需要注意的是，有些寄存器不要隨意更改，比如改變時(shí)鐘的分頻系數(shù)。這樣會(huì)導(dǎo)致串口1的波特率發(fā)送改變，那ROM-Monitor就無(wú)法和IAR正常通信。串口1用到P3_0和P3_1，所以不要修改P3端口這兩個(gè)位的內(nèi)容。如果直接將IAP_CONTR寄存器的值修改為0x60，會(huì)導(dǎo)致單片機(jī)重啟，ROM-Monitor和IAR的通信也會(huì)失敗。
寄存器選擇欄目。我新增了一個(gè)ROM-parameter，這個(gè)其實(shí)不是STC8A8K64S4A12寄存器的內(nèi)容，這些是STC-ISP軟件在燒錄時(shí)添加到ROM的一些特殊參數(shù)，比如7位出廠序列號(hào)、bandgap（內(nèi)部基準(zhǔn)電壓）和喚醒頻率等參數(shù)。由于ROM-Monitor下載應(yīng)用程序前會(huì)先擦除0x1000-0xffff的內(nèi)容，這會(huì)把這些參數(shù)也一并擦除了。為了保存這些數(shù)據(jù)，ROM-Monitor在擦除數(shù)據(jù)前，會(huì)先找出這部分?jǐn)?shù)據(jù)，然后復(fù)制到ROM-Monitor中沒(méi)有使用到的ROM區(qū)域。在ddf硬件描述文件將這部分ROM區(qū)域也列舉成寄存器，這樣IAR就能正常訪問(wèn)，如下圖所示：
出廠序列號(hào).JPG

從上圖可以看出，ROM-parameter里的Device_ID：F62884625356AF，bandgap：0x53d=1341mV，這和STC-ISP列出的信息完全一致。如果STC-ISP沒(méi)有勾選“在程序區(qū)的結(jié)束處添加重要測(cè)試參數(shù)”，那就只有Device_ID，沒(méi)有其他參數(shù)。下圖是STC官方STC8的datasheet手冊(cè)的存儲(chǔ)器特殊參數(shù)的地址說(shuō)明：
特殊值.JPG

通過(guò)上圖，可以知道STC8A系列不同容量單片機(jī)的出廠序列號(hào)存放地址，只要遍歷這些地址，就能讀取出廠序列號(hào)。更重要的是，可以根據(jù)出廠序列號(hào)存放的地址，準(zhǔn)確判斷單片機(jī)的ROM大小。這樣，ROM-Monitor就可以計(jì)算出所需擦除的ROM空間大小，可以動(dòng)態(tài)適配其他型號(hào)的STC8A單片機(jī)。如果單片機(jī)的ROM空間只有60K，我硬要擦除到64K，那會(huì)導(dǎo)致單片機(jī)卡死。
四、ROM-Monitor的使用說(shuō)明。
1、燒錄ROM-Monitor固件
下載ROM-Monitor.JPG

打開(kāi)附件提供的ROM-Monitor for STC8A V1.1.hex文件，使用STC官方提供的STC-ISP軟件燒錄文件，IRC頻率選擇24M。由于我使用的單片機(jī)是STC8A8K64S4A12，這個(gè)型號(hào)很奇葩，需要指定EEPROM的大小，一定要選擇64K。這樣對(duì)于ROM空間0x0000-0xffff地址空間，單片機(jī)就能正常讀寫(xiě)，不然會(huì)卡死。下面列舉datasheet手冊(cè)一些STC8A單片機(jī)的IAP讀寫(xiě)區(qū)域，如下圖所示：

除了STC8A8K64S12需要用戶(hù)自定義，其他幾款單片機(jī)的ROM全部地址空間都支持IAP方式讀寫(xiě)，ROM的擦除和讀寫(xiě)主要是利用IAP技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，ROM-Monotor下載調(diào)試應(yīng)用程序也是基于IAP技術(shù)。
2、支持的STC8A單片機(jī)系列
理論上，所有ROM空間大于4K、外部RAM空間大于128字節(jié)、并且支持IAP的8051單片機(jī)都可以用ROM-Monitor。不過(guò)不同品牌的單片機(jī)有差異性，特別是IAP操作方式的差異，導(dǎo)致不同的單片機(jī)需要定制不同的ROM-Monitor。本次測(cè)試的單片機(jī)型號(hào)為STC8A8K64S4A12，ROM-Monitor暫時(shí)只適用于STC8A系列的單片機(jī)。由于手頭沒(méi)有其他STC8A單片機(jī)，沒(méi)做測(cè)試，所以不能保證所有型號(hào)的STC8A單片機(jī)都能正常使用。
3、修改鏈接配置文件
因?yàn)镽OM-Monitor位于ROM空間0x0000-0x0fff，所以應(yīng)用程序需要指定從0x1000處開(kāi)始。在D:\IAR_8051_10\8051\config\devices\STC目錄找到打開(kāi)對(duì)應(yīng)xcl后綴的鏈接配置文件，將-D_CODE0_START=0修改成-D_CODE0_START=0x1000，點(diǎn)擊保存即可。

在Option→Linker里，在Linker configuartion file欄，勾選override default，選擇對(duì)應(yīng)的xcl鏈接配置文件。
4、選擇debugger工具

在Option→Debugger里，Device選擇ROM-Monitor，勾選Override default，選擇對(duì)應(yīng)的ddf后綴的硬件描述文件。

在Option→Debugger→ROM-Monitor→Download里，勾選Verify download。這個(gè)選項(xiàng)是驗(yàn)證應(yīng)用程序下載完整性，建議勾選。

Option→Debugger→ROM-Monitor→Serial Ports里，選擇正確的串口號(hào)，波特率可以選擇9600、38400、57600、115200，不過(guò)建議選擇115200，因?yàn)檎{(diào)試速度會(huì)快很多。右邊On Reset欄，Toggle DTR和Toggle RTS不用勾選。DTR和RTS是串口芯片的兩個(gè)輸出引腳，一般是連接到單片機(jī)Reset引腳，這樣上位機(jī)就可以翻轉(zhuǎn)DTR或者RTS來(lái)讓單片機(jī)硬件復(fù)位。很多STC8A開(kāi)發(fā)板都沒(méi)有連接，本次ROM-Monitor利用軟件復(fù)位代替硬件復(fù)位。其他選項(xiàng)按照?qǐng)D示選擇即可。

5、開(kāi)始調(diào)試

直接點(diǎn)擊上圖‘“download and Debug”按鍵，ROM-Monitor會(huì)自動(dòng)下載應(yīng)用程序，然后進(jìn)入調(diào)試模式。

如果要重新返回到程序起點(diǎn)，點(diǎn)擊上圖“Reset”按鍵即可。

如果修改了應(yīng)用程序語(yǔ)句，可以點(diǎn)擊上圖“Make_Restart_Debugger”，IAR會(huì)退出調(diào)試模式，然后重新編譯程序，并且在編譯完成后，再次進(jìn)入調(diào)試模式，ROM-Monitor即時(shí)也會(huì)下載最新的應(yīng)用程序。

如果要退出調(diào)試模式，可以點(diǎn)擊上圖“Stop Debugging”。
6、一些錯(cuò)誤的處理
①、如果出現(xiàn)斷點(diǎn)沖突的彈窗，要先把斷點(diǎn)取消，然后點(diǎn)擊“Reset”按鍵，或者點(diǎn)擊“Make_Restart_Debugger”按鍵。
②、如果點(diǎn)擊“download and Debug”按鍵，一直沒(méi)有響應(yīng)，請(qǐng)檢測(cè)串口通信端口是否正確，然后把開(kāi)發(fā)板斷點(diǎn)再上電。
③、如果在調(diào)試過(guò)程中途出現(xiàn)ROM-Monitor沒(méi)有響應(yīng)的情況，請(qǐng)檢測(cè)代碼是否使用到ROM-Monitor的串口資源，或者更改了系統(tǒng)時(shí)鐘頻率；
④、如果不小心修改了ROM-Monitor的固件，比如代碼使用了中斷向量地址，可能會(huì)導(dǎo)致ROM-Monitor固件損壞，這時(shí)就算重新斷電再上電也沒(méi)用，需要重新用STC-ISP燒錄ROM-Monitor固件。

五、附件說(shuō)明
附件包含三個(gè)文件夾：
1、IAR平臺(tái)STC兼容文件
2、OLED工程
3、ROM-Monitor固件
其中IAR平臺(tái)STC兼容文件主要是STC8A系列單片機(jī)的頭文件、鏈接配置和硬件描述文件。需要復(fù)制到IAR指定安裝目錄，詳細(xì)可以查看說(shuō)明。OLED工程是本次測(cè)試工程，可以直接編譯測(cè)試，用來(lái)評(píng)估ROM-Monitor的功能。ROM-Monitor固件包含ROM-Monitor for STC8A V1.1.hex，使用前需要先燒錄到STC8A單片機(jī)里。
六、簡(jiǎn)單對(duì)比IAR平臺(tái)的ROM-Monitor for STC8A和KEIL平臺(tái)的STC Monitor-51 對(duì)比.JPG

其中片內(nèi)特殊寄存器指片內(nèi)位于0x80-0xff之間的寄存器，片外特殊寄存器指位于0xfe00-ffff之間的寄存器。STC Monitor-51不支持顯示位于片外的特殊寄存器，即無(wú)法顯示I2C外設(shè)、系統(tǒng)時(shí)鐘和增強(qiáng)型PWM外設(shè)的所有寄存器的狀態(tài)。而ROM-Monitor for STC8A支持顯示全部特殊寄存器，支持實(shí)時(shí)讀和寫(xiě)全部特殊寄存器。占用資源.JPG

對(duì)于STC8系列STC Monitor-51不占用ROM空間的情況，個(gè)人認(rèn)為這只是不占用用戶(hù)ROM空間，STC官方針對(duì)STC8系列單片機(jī)特意加大了系統(tǒng)區(qū)空間大小，STC Monitor-51應(yīng)該被存放在系統(tǒng)區(qū)，這個(gè)系統(tǒng)區(qū)也是STC單片機(jī)固化bootloader的區(qū)域，騰出6K的空間給STC Monitor-51用。系統(tǒng)區(qū)是無(wú)法被用戶(hù)是直接訪問(wèn)的。另外，STC的IAP系列的單片機(jī)的系統(tǒng)區(qū)大小沒(méi)有增加，所以STC Monitor-51需要占用6k的用戶(hù)ROM空間。
對(duì)于RAM空間的占用，STC Monitor-51占用空間不是768bytes，就是1024bytes，需要單片機(jī)擁有至少1024K以上片外RAM空間才能正常仿真。假如單片機(jī)片外RAM只有1024bytes，那仿真時(shí)，用戶(hù)只能使用片內(nèi)256bytes的RAM空間。而ROM-Monitor for STC8A僅占用128bytes的片外RAM空間。
如果對(duì)IAR平臺(tái)感興趣的話，可以下載查看�？缙脚_(tái)移植不易，希望得到大家的支持。 b站視頻演示地址：https://b23.tv/BV1oE411A7Lw
下面是實(shí)物圖
實(shí)物圖.jpg

ID:739441 · 發(fā)表于 2021-3-22 14:57

1：如果程序里面用到了比如串口中斷，比如定時(shí)器中斷，是不是就不可以使用仿真了��？
2：如果有中斷使用了，但是使用的keil 是否可以仿真呢？

ID:351097 · 發(fā)表于 2021-3-24 12:58

jiangyan111 發(fā)表于 2021-3-22 14:57
1：如果程序里面用到了比如串口中斷，比如定時(shí)器中斷，是不是就不可以使用仿真了��？
2：如果有中斷使用了 ...

串口1被用于和IAR通信了，所以應(yīng)用程序里面不能用串口1，可以使用STC8A的其他串口資源。

ID:617016 · 發(fā)表于 2021-5-30 10:33

樓主能開(kāi)源 ROM-Monitor for STC8A 的源碼工程嗎?

ID:106977 · 發(fā)表于 2021-5-30 13:28

除非你這個(gè)調(diào)試功能相比STC官方驅(qū)動(dòng)在Keil下的調(diào)試有顯著優(yōu)點(diǎn)，否則實(shí)用價(jià)值不大！調(diào)試過(guò)程是個(gè)相對(duì)繁瑣的過(guò)程，需要簡(jiǎn)單方便！環(huán)節(jié)一多，不知道是在調(diào)試誰(shuí)？

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