针对Motorola微处理器的BDM调试系统

    目前应用Motorola微处理器开发嵌入式系统时基本上都是使用Motorola公司提供的开发系统或者CodeWarrior公司的开发系统等付费昂贵的调试工具。最近由于Flash技术的发展，特别是一些CPU(如CPU12/16/32/32＋，PowerPC5xx/8xx，ColdFire等)可以用JTAG口在背景模式下调试，故仿真器已可以省去。而且随着BDM调试模式逐渐标准化，自制BDM调试工具变得越来越容易，特别是对于支持BDM调试模式的多种类型的CPU，自己设计的BDM调试系统只需少量的改动即可移植使用，而不必重复购买价格昂贵的调试开发系统，这样做可以节省大量的成本。

    1　BDM调试模式介绍

Motorola微处理器的调试模块针对不同场合的应用分别提供了3种调试支持：实时跟踪、BDM调试和实时调试。实时跟踪是要求能够跟踪应用程序的动态执行路径，这是实时系统的基本要求；在BDM调试方式下，处理器被停机，大量的命令可以被发送到处理器中访问内存和寄存器，外部仿真系统使用一个三脚、串行的双工通道与处理器通信；实时调试则可以不需要CPU停止运行，调试中断允许实时系统执行一个惟一的服务例程，快速保存主要的寄存器和变量等上下文内容，并使系统立即返回到正常操作，外部的开发系统能访问被保存的数据是因为硬件支持处理器和BDM初始化命令的一致性操作。

其中BDM调试模式为设计人员提供了一种低层次的调试手段，让用户能够中断CPU的运行，单步调试程序，读取CPU的各个寄存器的内容，这些仅仅是通过向CPU发送几个简单的命令就可以实现，显然，这样使调试软件的设计很简单，通常自己就可以编写。硬件调试卡的设计也非常简单，关键是要满足好通信时序关系和电平转换要求。

这几种调试方式都共用26脚的BDM调试引脚信号，这些信号的定义如表1所示，BDM调试主要使用了DSCLK，DSI，DSO三种信号。
 

    由于所有的信号都是单向的，时序和逻辑比较简单，因此，采用GAL器件实现并口操作时序与BDM操作时序的转换。GAL要实现的功能主要是数据的串并和并串转换。

GAL器件与并口接口的信号有：

输入信号：D0～D7，C1(主机忙状态线)，DSCLK(提供串行通信时钟信号)。
　　输出信号：S3，S4，S5，S7(这4个信号做数据反向输出)，S6(给PC机提供一个中断信号)。

他与BDM端口接口的信号有：

输入信号：PSTCLK，DSO。
输出信号：DSI。　
　
故需配置12个输入端和6个输出端，故选用74GAL16V8的器件即可满足要求［2］。现在GAL器件要实现的即是将与并口接口的输入信号(D0～D7，C1，DSCLK)转换成与BDM接口的输出信号(DSI)，同理，也要将与BDM端口接口的输入信号(PSTCLK，DSO)转换成与并口接口的输出信号(S3，S4，S5，S6，S7)，实现了这2个转换，然后对GAL编程，设计PCB版图，可以很快做出BDM调试卡。

3．2　BDM驱动程序的设计

BDM调试卡已经实现了并口到BDM口的时序操作转换，按照一定的数据格式传送和接收数据则是BDM调试卡的驱动程序要完成的工作，驱动程序对数据的处理分为2层：底层完成基本的字节数据的收发(恢复和拆分)；上层则完成数据包的收发。底层的数据收发原理在调试卡的设计过程中已经做了详细的介绍，以下主要介绍数据包的收发处理程序设计应注意的事项。

从BDM操作时序图中可以看出，串行通道数据传输速度从直流到PSTCLK频率的1/5频率之间，该通道使用双工模式，数据可在主控设备和从控设备之间同时发送和接收，每次传送的数据块由一个17 b的数据包组成，该数据包由一个状态/控制位和一个16 b数据字组成。数据格式如下所示：
 

    发送数据时最高位为控制标志，该位保留，在开发系统向CPU发出命令和数据时，该位应该被清除。

接收数据时最高位为状态标志位，指示从CPU返回的消息类型。他与数据域及数据表示的消息含义之间的关系为：
 

    显然，由于每次只能传送一个字节，故发送一个数据包需要执行3次传送操作。应注意由于并口工作在4位组模式，每次只能接收4 b数据［1］，而并口操作是以字节为单位进行的，因此，实际上接收一个数据包最少应该执行6次接收操作，而不是5次。也即是说最后剩下一位数据也要当一个字节传送，这在驱动程序的设计当中很容易弄错。

BDM调试模块为外部开发系统提供了12个基本类型的命令(用助记符表示)：RAREG/RDREG(读A/D寄存器)，WAREG/WDREG(写A/D寄存器)，READ(从存储器读数据)，WRITE(向存储器写数据)，DUMP(与READ命令结合使用转储数据块)，FILL(与WRITE命令结合使用填充数据块)，GO(继续执行程序)，NOP(不做任何操作，可以被用做一个空指令)，RCREG(读系统控制寄存器)，WCREG(向系统控制寄存器写入数据)，RDMREG(读调试模块寄存器)，WDMREG(写向调试模块寄存器写入数据)；各种命令和他对应的应答数据的格式可以从MCF5272芯片资料上查到。上层驱动程序最终的任务就是实现这12种基本命令数据和应答数据的收发，并为调试软件提供相应的函数调用接口，具体的驱动程序设计比较简单，关键是要注意对从调试模块返回的状态数据进行出错处理。特别是应该区别CPU还没准备好和总线操作被中止2种消息。前者出现的比较多，一般是在CPU正在执行一个任务，不能及时响应BDM命令时返回的消息，而后者则往往是CPU执行了2条有冲突的指令(也即是非法访问资源)。这个在驱动程序中看不出有很大的区别，但是在调试应用程序时经常报告“BUSError”信息。

3．3　BDM调试软件的设计

该软件应该具有如下基本的功能：系统初始化，重启系统，检查CPU外围期间工作是否正常，读写Flash中的数据，读写SRAM中的数据，单步执行程序。

调试软件主要是调用驱动程序实现的12种BDM调试命令接口函数来实现各种功能的。其中需要传递参数给驱动程序的有：

①检查外部设备接口是否工作正常：如RS232串口、USB口、并口、网口等。这类操作需要接口地址和中断号等参数，并且需要返回操作结果。

②读写SRAM和Flash中的数据：这些操作需要提供存储器的地址范围。

调试软件的设计因开发系统的操作系统不同，在实现上有比较大的区别，但处理过程基本相同，因此，软件的设计也比较简单，没有必要赘述。

3．4　系统运行及其测试

应用MCF5272做嵌入式系统开发时，开发平台的操作系统是RedHatLinux，因此，驱动程序和调试软件都是针对Linux设计的。驱动程序将BDM调试卡作为一个字符设备看待，BDM卡的初始化是在/usr/SRC/linux/driverschar/mem．c中添加BDM卡初始化代码［3］，该设备的基本入口点在驱动程序的file＿operation结构中，对BDM卡的操作命令均在此实现，具体代码不再详述。

调试系统做整体测试时，首先要在Linux下创建一个字符型的BDM设备，然后执行insmod命令将驱动程序模块打入操作系统内核中［3］，在成功地创建了BDM设备文件和安装好BDM调试卡的驱动程序之后，就可以调试和执行该调试软件了。

    4　结语

BDM调试系统具有成本低、操作方便、移植简单等特点。在Linux环境下针对MCF5272成功开发了BDM调试系统后，又先后将该系统软件稍加改动，就轻易地移植到与MCF5272同属ColdFire系列的MCF5249和Power PC系列的MPC555等CPU上，并且在Window下重新编写了驱动程序和调试软件，使用图形界面操作，基本上达到了CodeWarrior相应软件的功能，为产品的快速低成本开发做出了贡献。

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