【導(dǎo)讀】本文介紹超低功耗、功能豐富的微控制器模塊，并解釋如何使用主流的免費(fèi)工具對微控制器模塊進(jìn)行編程和調(diào)試。與許多其他高端微控制器模塊不同，這種模塊采用DIP封裝，因此專業(yè)工程師和業(yè)余愛好者都能使用它輕松地進(jìn)行原型設(shè)計(jì)。文章第1部分說明如何在Eclipse中創(chuàng)建項(xiàng)目，第2部分討論如何配置Eclipse以配合微控制器模塊使用。
引言
盡管設(shè)計(jì)人員對微控制器微型化的不懈追求屢屢突破電子產(chǎn)品的性能極限，但也導(dǎo)致工程師和業(yè)余愛好者在使用不斷縮小的封裝進(jìn)行原型設(shè)計(jì)時面臨重重困難。雖然在設(shè)計(jì)中加入微控制器無疑會增添新的電路功能，但許多工程師仍然懷念以前大量器件采用DIP封裝的日子。如今更為先進(jìn)的微控制器所采用的封裝大多無法用于原型設(shè)計(jì)，或者其評估套件尺寸很大，配備了許多不必要的器件。
本文介紹的MAX32625PICO微控制器模塊對原型制作十分友好，尺寸非常小巧，仍采用DIP封裝，因此非常容易集成到測試PCB和量產(chǎn)PCB中。此外，本文將介紹如何使用主流的免費(fèi)集成開發(fā)環(huán)境(IDE) Eclipse進(jìn)行編程和調(diào)試，從而潛移默化地鼓勵工程師告別8位處理器，同時依然保留DIP封裝。有關(guān)完整的入門操作指南，請參閱以下說明。
了解MAX32625PICO
圖1所示為MAX32625PICO，也稱為PICO。它包含MAX32625微控制器，這是一款超低功耗的32位Arm? Cortex?-M4處理器，具有512 kB閃存和160 kB SRAM，工作頻率高達(dá)96 MHz。PICO上的引腳配備了這款微控制器最實(shí)用的外設(shè)功能，包括SPI接口、I2C端口、10位ADC的兩個輸入、1-Wire接口和兩個UART。PICO還集成了MAX14750電源管理IC、RGB LED、按鈕開關(guān)、USB Micro B連接器和10引腳Cortex調(diào)試接頭，并且可以直接從USB端口或外部5 V電源供電。此外，PCB兩側(cè)均有0.1英寸的焊盤，因此可以將引腳焊接到PICO上，從而使其能夠安裝在原型板上。如果需要表面貼裝的解決方案，焊片的敷銅直接延伸到電路板邊緣，因此PICO也可用作表面貼裝組件使用。PICO足夠小，可以插入到任何設(shè)計(jì)中；同時又足夠大，可以輕松進(jìn)行原型設(shè)計(jì)。參見圖1。
圖1.MAX32625PICO。
以下是對PICO進(jìn)行編程和調(diào)試所需的組件：
兩個PICO
兩根Micro B USB連接線（通常隨PICO提供）
編程線，序列號TC2050-IDC-NL-050
TC2050編程線的一端是10引腳連接器，另一端是彈簧式pogo引腳。該編程線僅在調(diào)試過程中使用，或者在引導(dǎo)加載程序被覆蓋時用于對PICO重新編程。正常編程只需簡單拖放二進(jìn)制文件即可。
在Eclipse IDE中創(chuàng)建項(xiàng)目
PICO最初設(shè)計(jì)用于Mbed在線編譯器平臺，但該平臺現(xiàn)已停用。開源Eclipse IDE是一個開發(fā)平臺，深受專業(yè)人士和業(yè)余愛好者的歡迎，可作為Mbed的免費(fèi)替代方案。本文將指導(dǎo)編程人員配置Eclipse，以生成二進(jìn)制文件，之后可使用Windows資源管理器將其直接拖放到目標(biāo)硬件上。訪問本文末尾的鏈接，即可下載zip格式的配置文件。
Eclipse IDE可從MAX32625微控制器的專題頁面下載。導(dǎo)航到工具和仿真部分，然后單擊Low Power ARM Micro SDK (Win)下載鏈接，下載并使用默認(rèn)配置安裝Arm Cortex Toolchain IDE。
安裝后，選擇：
文件 -> 新建 -> Maxim Microcontrollers
如圖2所示。
圖2.創(chuàng)建第一個項(xiàng)目。
出現(xiàn)創(chuàng)建項(xiàng)目框時，確保項(xiàng)目名稱中沒有空格。
填寫選擇項(xiàng)目配置窗口，如圖3所示。
圖3.項(xiàng)目配置。
IDE如何與目標(biāo)硬件通信？
下面先介紹一下Eclipse內(nèi)部的運(yùn)行情況，這有助于理解調(diào)試過程中可能出現(xiàn)的錯誤消息。IDE使用兩個程序與目標(biāo)微控制器（本例中為PICO）進(jìn)行通信：GNU調(diào)試器(GDB)和開放式片內(nèi)調(diào)試器(OpenOCD)。GDB是一種高級調(diào)試工具，允許用戶逐行調(diào)試代碼、設(shè)置斷點(diǎn)和查看寄存器值。GDB與OpenOCD通信，OpenOCD工具可將高級命令轉(zhuǎn)換為目標(biāo)微控制器更容易理解的內(nèi)容。GDB和OpenOCD都在PC上的Eclipse內(nèi)部運(yùn)行。PC和目標(biāo)微控制器通過調(diào)試器連接，調(diào)試器可將命令轉(zhuǎn)換為微控制器的調(diào)試端口能夠理解的電信號。調(diào)試端口具有兩種形式：JTAG調(diào)試端口、或其較低引腳數(shù)的版本——單線調(diào)試(SWD)端口。得益于以上所有特性，編程人員能夠在實(shí)際目標(biāo)硬件上逐行執(zhí)行代碼，查看寄存器值的變化，而無需使用仿真器。
Eclipse IDE與GDB通信，GDB與OpenOCD通信，OpenOCD通過調(diào)試器與目標(biāo)PICO上的調(diào)試端口通信。GDB和OpenOCD包含在軟件開發(fā)套件(SDK)內(nèi)，隨SDK自動安裝，并通過Eclipse調(diào)用。當(dāng)PC和目標(biāo)微控制器之間連接了調(diào)試器后，Eclipse和PICO之間可實(shí)現(xiàn)無縫的端到端通信。
在圖3所示的項(xiàng)目配置中，假設(shè)Eclipse IDE連接到使用JTAG端口的MAX32625EVKIT。但是，PICO使用較低引腳數(shù)的SWD端口，而不是JTAG調(diào)試器端口。因此，若要連接Eclipse IDE與PICO，可在PC和目標(biāo)PICO之間再連接第二個PICO，以代替JTAG調(diào)試器。為了把第二個PICO與運(yùn)行最終代碼的目標(biāo)PICO區(qū)分開來，在這里將第二個PICO被稱為編程器PICO。編程器PICO需要通過名為DAPLink的程序加載，以便將來自PC的USB信號轉(zhuǎn)換為PICO能夠理解的信號。這個過程非常簡單，本文第2部分的“加載二進(jìn)制文件”中提供了簡要描述。
由于使用的是編程器PICO，而不是JTAG調(diào)試器，因此在選擇適配器類型下方選擇MAX32625_PICO。參見圖4。
圖4.選擇適配器類型。
修改Eclipse以配合PICO使用
通過本文末尾的鏈接下載zip文件，然后解壓縮到合適的位置。找到名為
MAX32625PICO.cfg
的文件，將其復(fù)制到以下目錄：
C:MaximToolchainshareopenocdscriptstarget
該文件在原文件(MAX32625.cfg)基礎(chǔ)上進(jìn)行了修改，支持使用第二個PICO來代替JTAG調(diào)試器。該文件覆蓋了通常由JTAG調(diào)試器發(fā)出的復(fù)位命令，并復(fù)位了目標(biāo)微控制器器的一些寄存器、程序計(jì)數(shù)器和堆棧指針。
新項(xiàng)目創(chuàng)建好后，在Eclipse的項(xiàng)目瀏覽器選項(xiàng)卡（左上角）中右鍵單擊項(xiàng)目名稱，并選擇：
調(diào)試為 -> 調(diào)試配置…
導(dǎo)航到左側(cè)菜單上的GDB OpenOCD調(diào)試，并選擇當(dāng)前項(xiàng)目。
在調(diào)試器選項(xiàng)卡中，將CFG文件從MAX32625.cfg更改MAX32625pico.cfg，如圖5所示。
圖5.指向新配置文件。
依次單擊Apply和Close。
在項(xiàng)目瀏覽器窗口中，再次右鍵單擊項(xiàng)目名稱并選擇Properties。左鍵單擊C/C++ Build標(biāo)題，然后在Builder設(shè)置選項(xiàng)卡下，確保Build命令顯示為：
make ECLIPSE=1 release
如圖6所示。該命令指示Eclipse生成可加載到PICO的二進(jìn)制文件（可執(zhí)行程序）。
圖6.生成二進(jìn)制文件
單擊Apply和OK。
配置Eclipse以包含其他文件
為了使Arm處理器更易于編程，微控制器的供應(yīng)商提供了底層驅(qū)動程序，以使編程人員的代碼能夠與微控制器內(nèi)部的寄存器和外設(shè)進(jìn)行通信。因此，編程人員無需擔(dān)心寄存器的控制，而可以專心研究最終應(yīng)用的更高級功能。這些驅(qū)動程序被稱為通用微控制器軟件接口標(biāo)準(zhǔn)(CMSIS)，是對MAX32625進(jìn)行編程所需的文件層次結(jié)構(gòu)。MAX32625微控制器的核心是Arm內(nèi)核，需要用到一組文件對其進(jìn)行配置。Arm內(nèi)核周圍包含一組外設(shè)（ADC、GPIO端口、定時器、計(jì)數(shù)器、SPI端口等），不同基于Arm的器件之間的區(qū)別在于不同的外設(shè)構(gòu)成。對外設(shè)進(jìn)行配置時也需要用到一組文件。Arm內(nèi)核及其外設(shè)共同構(gòu)成了微控制器。然后，將器件安裝在電路板上，并連接到顯示屏、端口接頭、開關(guān)、LED和藍(lán)牙收發(fā)器等。需要另一組文件描述微控制器如何連接到電路板上的周圍器件。
從MAX32625的核心（Arm內(nèi)核）開始向外展開，有一組文件用于配置Arm內(nèi)核本身，然后有一組文件用于配置Arm內(nèi)核周圍的外設(shè)，最后有一組文件用于配置評估套件上微控制器周圍的器件。為了Eclipse能夠在編譯程序時找到這些文件，需要對Eclipse進(jìn)行配置。
在Eclipse內(nèi)部的Project Explorer窗口中，右鍵單擊項(xiàng)目名稱并選擇Properties，然后展開C/C++ General菜單，并導(dǎo)航到Paths and Symbols部分。在Includes選項(xiàng)卡下，選擇GNU C。使用Add和File system按鈕，添加圖7所示的目錄。
圖7.包含外部文件。
添加了上述目錄后，單擊Apply和OK。
下文解釋了已包含的每個目錄的作用。
C:MaximFirmwareMAX32625LibrariesCMSISInclude
該目錄包含MAX32625的Arm內(nèi)核使用的文件。
C:MaximFirmwareMAX32625LibrariesCMSISDeviceMaximMAX32625Include
該目錄包含MAX32625的外設(shè)/寄存器定義。
C:MaximFirmwareMAX32625LibrariesMAX32625PeriphDriverInclude
該目錄包含啟用MAX32625外設(shè)所需的文件。
結(jié)語
本文第1部分講解了如何在Eclipse中創(chuàng)建項(xiàng)目，并介紹了對微控制器進(jìn)行編程所需的軟件。第2部分討論了如何配置Eclipse以與PICO配合使用。
