瑞薩E1/E20仿真器：設計、調試與使用全解析

在嵌入式系統開發中，仿真器是不可或缺的工具，它能幫助工程師高效地進行硬件調試和程序開發。瑞薩的E1/E20仿真器就是這樣一款強大的工具，今天我們就來詳細了解一下它的使用方法、調試技巧以及一些注意事項。

文件下載：R5F104PLAFA#30.pdf

一、仿真器概述

瑞薩E1/E20仿真器的用戶手冊包含兩部分：《E1/E20 Emulator User’s Manual》和《E1/E20 Emulator Additional Document for User’s Manual》。在使用之前，務必仔細閱讀這兩份文檔。該仿真器支持R8C系列的多個MCU，如R8C/3x系列和R8C/Lx系列，適用于單芯片模式。

1.1 規格參數

• 目標MCU：涵蓋了眾多R8C家族的產品，具體型號在手冊中有詳細列表。
• 仿真器規格：E1（R0E000010KCE00）和E20（R0E000200KCT00）兩款仿真器，采用USB總線供電，無需額外電源。適用的調試器為R8C E1/E20 Emulator Debugger，工作環境對溫度、濕度、振動等都有一定要求。
• 操作環境：支持Windows XP（32位）、Windows 7（32位和64位）、Windows Vista（32位）等操作系統，對PC的CPU、內存、接口等也有相應要求。
• MCU相關規格：電源電壓范圍為1.8 - 5.5V，最大工作頻率為20MHz，最小為32.768KHz，通過14針連接器與用戶系統連接。

1.2 適用工具鏈和第三方產品

可以調試內部工具鏈和第三方產品創建的模塊，如M3T - NC30WA V.5.20 Release 01或更高版本的工具鏈，以及IAR EWM16C V.2.12或更高版本、TASKING M16C C/C++/EC++ Compiler V.2.3r1或更高版本的第三方產品。

二、用戶系統設計

2.1 連接器選擇

在將E1或E20仿真器連接到用戶系統時，需要在用戶系統上安裝合適的連接器。推薦使用3M Limited的14針連接器，如2514 - 6002（用于國外）和7614 - 6002（用于日本）。連接時要注意一些事項，如在連接器周圍5mm內不要安裝高度超過10mm的組件，將14針連接器的2、12和14針牢固連接到用戶系統板的GND上，插拔用戶系統接口電纜時要握住電纜頭部的連接器蓋。

2.2 小連接器轉換適配器

如果使用瑞薩單獨提供的E1仿真器小連接器轉換適配器（R0E000010CKZ11），要注意其連接器引腳分配與標準接口連接器不同。

2.3 系統接地連接

仿真器的信號接地與用戶系統的信號接地相連，在用戶系統中，只連接框架接地，不要將信號接地與框架接地相連，否則可能會因接地電位不同導致冒煙、起火或觸電等危險。

2.4 與MCU的連接示例

推薦的E1/E20連接連接器與MCU的連接方式中，MODE引腳用于MCU控制和強制中斷控制，不要連接電容等；RESET#引腳使用開集電極輸出緩沖器或CR復位電路作為復位電路，上拉值推薦為4.7kΩ或更高。同時，相鄰上拉電阻可能會受到其他引腳噪聲的影響，連接器與MCU之間的布線應盡可能短，信號線路不要與其他信號線路連接。

2.5 接口電路參考

手冊中給出了E1和E20仿真器的接口電路示例，可作為確定上拉電阻值的參考。

三、調試準備

3.1 激活工作區

要激活高性能嵌入式工作區，首先將仿真器連接到主機和用戶系統，然后從[開始]菜單的[程序]中選擇[Renesas -> High - performance Embedded Workshop -> High - performance Embedded Workshop]。在彈出的[Welcome!]對話框中，可以選擇創建新的工作區、打開最近的工作區或瀏覽其他工作區。

3.2 創建工作區

創建新工作區時，根據是否使用工具鏈有不同的步驟。如果不使用工具鏈，在[Welcome!]對話框中選擇創建新工作區，啟動項目生成器，輸入工作區名稱、項目名稱、目錄、CPU家族等信息；如果使用工具鏈，還需要選擇合適的工具鏈。

3.3 打開現有工作區

在[Welcome!]對話框中選擇瀏覽其他項目工作區，指定工作區所在的目錄，選擇工作區文件（擴展名為.hws），即可打開工作區。

3.4 連接仿真器

連接仿真器有多種方法，如在啟動前進行仿真器設置，選擇[Debug Settings…]從[Debug]菜單打開[Debug Settings]對話框，選擇調試目標、注冊下載模塊和自動執行的命令鏈；也可以加載會話文件。如果仿真器斷開連接，可以通過[Debug]菜單的[Connect]、工具欄按鈕或命令行輸入連接命令進行重新連接。

3.5 斷開仿真器

要斷開仿真器，可以通過[Debug]菜單的[Disconnect]、工具欄按鈕或命令行輸入斷開命令。

3.6 調試相關設置

在調試前，需要進行一些設置，如指定下載模塊、設置命令行批處理文件的自動執行等。可以通過[Debug Settings…]菜單打開[Debug Settings]對話框進行設置。

3.7 啟動仿真器調試器

啟動E1/E20仿真器調試器時，要確保用戶系統電源關閉，連接好用戶系統接口電纜和USB接口電纜。使用產品附帶的教程工作區，按照相應步驟操作，檢查仿真器和MCU的連接情況。

3.8 啟動時的設置對話框

仿真器啟動時會顯示三個對話框：

• [Initial Settings]對話框：用于選擇目標MCU和建立通信，可通過[Setup]菜單的[Emulator] -> [Device Setting…]重新顯示，但啟動后更改設置不會立即生效。
• [Configuration Properties]對話框：在[Initial Settings]對話框之后顯示，用于進行與仿真器和調試功能相關的設置，可通過[Setup]菜單的[Emulator] -> [System]重新打開。
• [Connecting…]對話框：顯示啟動處理的進度。

四、調試功能

4.1 調試功能列表

瑞薩E1/E20仿真器調試器支持多種調試功能，包括程序下載、內存訪問、斷點設置、跟蹤功能等。不同的操作模式（如[Writing the on - chip flash memory mode]和[Debugging mode]）支持的功能有所不同。

4.2 程序下載

選擇[Download]從[Debug]菜單或右鍵單擊[Download modules]中的加載模塊，選擇[Download]即可下載程序。下載前需要將程序注冊為加載模塊，注意指定的訪問大小應為1字節。

4.3 打開源文件

可以通過選擇源文件并點擊[Open]按鈕或雙擊[Workspace]窗口中的源文件來打開源文件。在[Editor]窗口中，左側有[Source Address]、[On - Chip Breakpoint]、[S/W Breakpoint]等列，提供地址、斷點等信息。

4.4 內存訪問功能

• 內存讀寫：通過[Memory…]窗口可以進行內存內容的顯示、變量顯示、數據保存和加載等操作，還支持自動更新內存數據。
• 其他內存操作：包括內存填充、移動、比較、搜索等功能，但在操作時要注意數據大小的指定，避免出現錯誤。

4.5 斷點功能

• 強制中斷：用于強制中斷用戶程序的執行。
• S/W中斷：通過重寫指定地址的指令為調試專用指令來中斷程序，設置和移除S/W斷點會涉及內存寫入。
• 片上中斷：包括預PC中斷、數據訪問中斷和跟蹤滿中斷等功能。

4.6 跟蹤功能

跟蹤功能可以獲取用戶程序執行過程中的分支信息和數據訪問信息，幫助工程師分析程序執行流程。可以通過[View -> Code -> Trace]打開[Trace]窗口查看跟蹤結果，設置跟蹤條件包括跟蹤類型、開始條件、停止條件等。

4.7 狀態條

通過顯示[Status]條可以了解調試平臺的當前狀態，包括PC狀態、任務ID、中斷條件、執行時間等信息。

4.8 啟動/停止功能

仿真器可以在用戶程序執行前后執行特定的例程，通過[Setup -> Emulator -> Start/stop Function Setting…]打開對話框進行設置。但該功能有一些限制，如在指定例程執行期間，部分調試功能無效。

五、教程示例

教程程序使用C語言編寫，對隨機數據進行排序。通過這個示例可以了解如何使用仿真器和調試器的各項功能，包括啟動高性能嵌入式工作區、連接仿真器、下載教程程序、設置斷點、執行程序、檢查斷點、更改寄存器內容、查看符號和內存內容等。

六、使用注意事項

6.1 MCU資源使用

• 程序區域：不同型號的MCU有不同的程序區域用于仿真器，不要更改這些區域，否則仿真器可能無法控制MCU。
• 引腳使用：仿真器使用RESET#和MODE引腳控制MCU。
• 中斷使用：BRK指令中斷、地址匹配中斷、單步中斷和地址中斷被仿真器程序使用，用戶程序不要使用這些中斷。
• 堆棧區域：仿真器在用戶程序中斷期間使用最多8字節的堆棧指針，需要預留相應的堆棧區域。
• SFR使用：部分SFR被仿真器程序使用，不要隨意更改其值。

6.2 復位問題

• 電源復位和電壓監測0復位不能使用，否則仿真器會失控。
• 調試期間復位向量地址被仿真器程序使用，用戶程序運行時顯示的是仿真器設置的值。
• MCU復位后，會先進入仿真器程序，然后再重啟用戶程序，不同類型的復位行為有所不同。

6.3 內部ROM區域

• 更改內部ROM區域時，只有仿真器的內部緩存會更新，更改內容在用戶程序啟動前才會反映到MCU中。
• 在CPU重寫模式下調試時，不要重寫特定區域的CPU，否則仿真器無法控制MCU。
• 仿真器進行閃存內存重寫時，不要對MCU進行復位或調試操作。

6.4 電源供應

E1仿真器不向用戶系統供電時，會消耗一定的電源電壓。在批量生產過程中，不建議使用E1仿真器的電源供應功能，應根據MCU的允許電壓單獨供電。

6.5 調試功能限制

• 單步執行時，S/W斷點和片上斷點無效，部分指令的單步執行有特殊限制。
• “Go to cursor”功能使用地址匹配中斷實現，執行該命令時，所有斷點無效。
• 在停止模式或等待模式下調試時，要設置斷點并避免操作窗口，直到程序停止。

6.6 CAN模塊使用注意事項（僅適用于R8C/3xW和R8C/3xX）

• 使用CAN模塊時，CPU時鐘應在4MHz或以上，否則可能出現通信錯誤。
• 不要從內存窗口等激活CAN模塊，不要進入停止模式，否則可能導致通信錯誤。
• 如果MCU的操作時鐘速度較低，設置或移除S/W斷點可能需要時間，建議優先使用片上斷點。

瑞薩E1/E20仿真器是一款功能強大的調試工具，但在使用過程中需要注意各種細節和限制。通過仔細閱讀用戶手冊，掌握正確的使用方法和調試技巧，工程師可以更高效地進行嵌入式系統的開發和調試。你在使用這款仿真器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享。