USB接口无线仿真器—硬件模块设计

高 扬

（西安邮电大学,710121）

本系统采用TI公司MSP430作为主控芯片，实现了一套USB协议转到JTAG协议的无线仿真系统，可支持所有LM3S系列MCU的程序的调试和下载。本论文主要研究系统整体流程和硬件模块的实现。论文在整体上主要讲解HOST模块和OBJ模块的功能和职责，在硬件上面通过最小系统，USB模块，射频模块，JTAG模块对系统进行全面的解析，系统还有一些可扩展功能作为展望在文章最后进行介绍。

0 引言

在嵌入式系统的设计过程中，仿真器完成的工作是把从PC机发出的命令和数据通过JTAG命令传送到目标机和从目标机读取相关调试数据，实现协议转换的功能。目前，常用的仿真器有基于PC机串行端口和并行端口的仿真器两种类型。基于PC机串口的仿真期间功能有限，且速度慢。基于PC机并口的仿真器一般是采用PC机并口外加一些锁存器来实现的，并通过PC机模拟JTAG时序，PC的并口一般只有一个，加上并口不支持热插拔，当存在多个基于并口的JTAG调试器系统时，实际使用过程中会很不方便。

随着USB接口技术的发展，利用USB接口作为仿真器的传输接口，不仅可以解决传统仿真器的速度瓶颈限制，且支持热插拔，一台PC机可以带多个目标系统的仿真器。虽然市面上已经出现了有线的USB仿真器，但是在许多场合的限制下，使得我们不能很方便的接近我们的目标版，这样使得我们的仿真是难上加难。如果将PC与开发板用无线连接起来后，这样我们的仿真将变得很容易，能适用于某些困难的环境。

本系统采用TI公司MSP430作为主控芯片，以射频作为通讯方式，实现了一套USB协议转到JTAG协议的无线仿真系统，可支持所有LM3S系列MCU的程序的调试和下载。

1 绪论

1.1 功能定义

USB无线仿真系统是一款简单易用的调试代理工具，功能和流行的MULTI-ICE，H-JTAG类似。它专门用于对Luminary系列单片机程序的调试和下载，该系统结合IAR EWARM 集成开发环境，可支持所有LM3S系列MCU的程序的调试和下载。

USB无线仿真系统采用USB接口与电脑连接，打破传统的用并口和串口下载程序的方式，无论是台式电脑还是笔记本电脑都应用自如。同时采用无线使得调试能够更加方便的去适应各种应用环境。PC通过USB无线仿真系统能够实现调试代理功能，实现FLASH烧写的功能。

1.2 项目整体介绍

本文描述USB无线仿真系统的总体设计方案。USB无线仿真系统属于是嵌入式系统的一个组成部分，用于嵌入式目标版程序的调试和下载，本系统在PC端直接调用的是FTDI公司在IAR中的服务程序。用户通过IAR将指令和数据传给FTDI服务程序，FTDI服务程序再将这些指令和数据传送给USB无线仿真器，USB无线仿真系统将这些数据转成JTAG的协议和目标板进行交互。

嵌入式USB无线仿真系统总体上分成HOST模块和OBJ模块，HOST模块和OBJ模块功能分配简单如下：

USB接口无线仿真器HOST模块由MSP430系列核心芯片F5501和RF2401无线传输模块构成，其目标功能大致如下：MSP430核心芯片通过PC的USB端口接收到由IAR或ADS传输的指令或数据后，经过解析后以RF的方式发送给数据接收转换OBJ模块。

USB接口无线仿真器OBJ模块同样由MSP430系列核心芯片F5501和RF2401无线传输模块构成，OBJ模块在接收到了HOST模块发送的数据后。进行RF到JTAG的转换后传递给调试目标板，最后完成无线仿真调试的功能。

2 设计方案

2.1 系统组成

本题目基于Ti 微控器设计无线连接的嵌入式系统仿真工具包。其主要功能是实现调试代理功能，实现FLASH烧写的功能，实现USB转UART的功能。

一个整套的仿真系统是由PC端的服务程序和仿真设备组成。由于我们的仿真系统是基于无线的，所以仿真设备分为HOST模块和OBJ模块。三者之间的组成联系关系如下图：

调试软件(IAR)通过RDI接口与FTDI SERVER 进行交互，FTDI SERVER通过USB接口连接仿真系统的HOST模块，HOST模块通过RF信道和OBJ模块进行交互，OBJ模块通过JTAG对目标版进行调试和程序的下载。

2.2 系统各单元功能说明和定义

前面已经说了仿真系统主要的3个模块是FTDI服务程序，HSOT模块，OBJ模块。

图表1-1项目整体架构

图表 2-1 系统组成模块间相互通信

图表 2-2 项目单元功能

图表 2-41 HOST模块原理图

图表2-42 OBJ模块原理图

FTDI服务程序功能说明和定义：RDI接口是ARM公司提出的调试接口标准，主要用于ARM芯片的JTAG仿真。调试软件IAR通过RDI协议将调试程序或者下载程序用的指令和数据传给英商飞特帝亚有限公司（FTDI）的FTDI服务程序，FTDI服务程序将RDI协议的数据和指令进行转化成USB协议的数据和指令发送给HOST模块进行相应的处理。

HOST模块功能说明和定义：HOST模块通过USB接口与PC机相互连接，PC端的FTDI SERVER通过USB将调试软件的数据和指令传给HOST模块后，该模块对程序数据和指令进行转换用射频信号RF2401传送出去给OBJ模块。

OBJ模块功能说明和定义：OBJ模块和HOST模块是采用的RF2401进行相互的数据交换。HOST模块传过来的RF信号传给OBJ模块后，OBJ模块要对数据进行进行转换，使得RF信号传过来的USB数据转化成JTAG协议，然后对目标版进行操作。

2.3 系统对外接口示意图

图表 2-3系统对外接口示意图

2.4 系统原理图

（1） HOST模块原理图

（2） OBJ 模块原理图

3 结论

本题目基于Ti微处理器设计无线连接的嵌入式系统仿真工具包。具有“Host模块”和“Obj模块”两个模块组成。本文论述的是此系统的硬件设计和主体实现思路的实现，在实现中间牵扯很多的传输转换和协议解析，具体过程：PC端通过USB端口将数据发给HOST模块，HOST模块将数据通过RF射频信号传给OBJ模块。然后OBJ模块将数据进行解析成JTAG协议给目标版进行程序的下载，当然目标版的信息通过JTAG协议给OBJ模块，OBJ模块通过rf传给host模块，然后host又通过USB传给PC端的调试程序这样就是调试信息反馈的实现。

PC通过USB无线仿真系统能够实现调试代理功能，实现FLASH烧写的功能，将来可扩展的功能实现USB信息转UART信号。