MPLAB? ICE 2000處理器模塊與設(shè)備適配器技術(shù)詳解

在嵌入式開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，調(diào)試工具的性能和功能對(duì)項(xiàng)目的成功至關(guān)重要。MPLAB ICE 2000作為一款強(qiáng)大的調(diào)試工具，其處理器模塊和設(shè)備適配器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用值得深入探討。下面，我們就來(lái)詳細(xì)了解一下MPLAB ICE 2000的相關(guān)技術(shù)。

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一、引言

處理器模塊

MPLAB ICE 2000的處理器模塊是可互換的個(gè)性模塊，它能讓MPLAB ICE 2000重新配置，以模擬不同的PICmicro?微控制器（MCUs）。這種模塊化設(shè)計(jì)使得通過(guò)添加處理器模塊和設(shè)備適配器，就能模擬多種不同的設(shè)備，構(gòu)建出極具成本效益的多處理器仿真系統(tǒng)。

設(shè)備適配器

設(shè)備適配器同樣可互換，它能使仿真系統(tǒng)與目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行接口連接。適配器還具備控制邏輯，可讓目標(biāo)應(yīng)用為處理器模塊提供時(shí)鐘源和電源，并且支持DIP、SDIP和PLCC封裝的PICmicro MCUs。另外，配合設(shè)備適配器使用的過(guò)渡插座，能適配各種PICmicro MCU封裝，如SOIC、SSOP、PQFP和TQFP封裝。

二、MPLAB ICE 2000系統(tǒng)組成

1. 主機(jī)到吊艙電纜

這是一條標(biāo)準(zhǔn)的并行接口電纜，MPLAB ICE 2000經(jīng)過(guò)6英尺電纜的測(cè)試。雖然更長(zhǎng)的電纜可能也能工作，但不保證其穩(wěn)定性。該電纜連接到PC的并行端口，如果PC的LPT設(shè)備已連接打印機(jī)，建議安裝額外的接口卡，而非使用分線(xiàn)器或A/B開(kāi)關(guān)。

2. 仿真吊艙

仿真吊艙包含仿真內(nèi)存和控制邏輯。MPLAB ICE 2000有主板和額外的擴(kuò)展跟蹤內(nèi)存及復(fù)雜控制邏輯板。吊艙內(nèi)沒(méi)有可現(xiàn)場(chǎng)維修的部件，若需了解更多信息，可查看MPLAB IDE中的MPLAB ICE 2000在線(xiàn)幫助文件（Help>Topics）或MPLAB ICE 2000用戶(hù)指南（DS51488）。MPLAB ICE 2000處理器模塊需插入吊艙才能運(yùn)行。

3. 處理器模塊

處理器模塊包含仿真芯片、邏輯和低壓電路。模塊外殼內(nèi)的印刷電路板上沒(méi)有可現(xiàn)場(chǎng)維修的部件。

4. 柔性電路電纜

當(dāng)處理器模塊插入仿真吊艙后，柔性電路電纜將仿真系統(tǒng)延伸到目標(biāo)應(yīng)用。這是一條定制電纜，安裝在處理器模塊外殼內(nèi)，可通過(guò)移除模塊外殼的端蓋在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行更換。注意，切勿拉扯柔性電路電纜來(lái)移除處理器模塊，應(yīng)使用模塊端蓋的鰭片將其從吊艙中取出。由于柔性電纜存在寄生電容（高達(dá)120 pf），仿真器的模擬功能可能無(wú)法達(dá)到設(shè)備數(shù)據(jù)手冊(cè)中規(guī)定的性能指標(biāo)。

5. 設(shè)備適配器

設(shè)備適配器為被仿真的設(shè)備提供通用接口，有標(biāo)準(zhǔn)DIP和PLCC樣式。它還包含一個(gè)特殊設(shè)備，能提供振蕩器時(shí)鐘，以精確模擬PICmicro MCU的振蕩器特性。由于設(shè)備適配器上的組件需要目標(biāo)電源，當(dāng)使用仿真器電源且處理器模塊未連接到目標(biāo)時(shí)，應(yīng)從柔性電路電纜上移除設(shè)備適配器，以消除I/O引腳的負(fù)載影響。

6. 過(guò)渡插座

過(guò)渡插座有多種樣式，能使通用設(shè)備適配器連接到支持的表面貼裝封裝樣式。它有不同的引腳數(shù)和間距，適用于SOIC、QFP等樣式。如需了解更多信息，可查看MPLAB ICE 2000/4000過(guò)渡插座規(guī)格（DS51194）。

一個(gè)完整的仿真系統(tǒng)包括以下可單獨(dú)訂購(gòu)的組件：

• 仿真吊艙（包括主機(jī)到吊艙電纜和電源）
• 處理器模塊（包括柔性電路電纜）
• 設(shè)備適配器
• 可選的過(guò)渡插座（用于表面貼裝仿真）

三、仿真器相關(guān)問(wèn)題

MPLAB ICE 2000仿真器的一般限制可在在線(xiàn)幫助中找到，選擇Help>Topics，然后在“Debuggers”下選擇“MPLAB ICE 2000”。特定設(shè)備的限制可通過(guò)上述方法或選擇Debugger>Settings，點(diǎn)擊“Limitations”選項(xiàng)卡，再點(diǎn)擊“Details”按鈕來(lái)查找。你在實(shí)際使用中有沒(méi)有遇到過(guò)一些特殊的限制情況呢？

四、處理器模塊

1. 識(shí)別與支持處理器

處理器模塊在組件頂部有標(biāo)識(shí)（如PCM18XA0）。要確定特定模塊支持哪些處理器，可參考MPLAB IDE安裝目錄中的“Readme for MPLAB ICE 2000.txt”文件或Microchip網(wǎng)站（www.microchip.com）上的最新產(chǎn)品選擇指南（DS00148）。

2. 電源

2.1 大部分控制邏輯和緩沖的工作電壓

處理器模塊上大部分控制邏輯和緩沖的工作電壓為 +5V，由仿真吊艙提供。仿真處理器及其周?chē)糠志彌_的電源可由用戶(hù)選擇，可由仿真吊艙（僅 +5V）或目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)（2.0V 至 5.5V）供電，這可通過(guò)MPLAB IDE軟件進(jìn)行配置。注意，仿真系統(tǒng)絕不會(huì)直接為目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)供電，且必須先將處理器模塊插入仿真吊艙，再為吊艙供電。

2.2 目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)的電壓情況

連接到目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，即使目標(biāo)應(yīng)用電路尚未通電，目標(biāo)應(yīng)用上可能仍有電壓，這是由于設(shè)備適配器的VCC存在電流泄漏，通常泄漏電流小于20 mA。若目標(biāo)應(yīng)用使用電壓調(diào)節(jié)器，有些調(diào)節(jié)器需要在VIN和VOUT之間使用外部并聯(lián)二極管進(jìn)行反向偏置保護(hù)，具體可參考制造商的數(shù)據(jù)手冊(cè)。

2.3 不同電源供應(yīng)情況

• 仿真系統(tǒng)供電：若選擇由仿真系統(tǒng)為處理器模塊中的仿真處理器供電，仿真系統(tǒng)可以在不連接目標(biāo)應(yīng)用的情況下運(yùn)行。若系統(tǒng)連接到目標(biāo)應(yīng)用，應(yīng)先為吊艙供電，再為目標(biāo)應(yīng)用供電。當(dāng)仿真系統(tǒng)通過(guò)設(shè)備適配器連接時(shí)，目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)的VCC會(huì)有一個(gè)小的電流負(fù)載（典型值為10 mA），因?yàn)槟繕?biāo)系統(tǒng)必須始終為處理器模塊中的時(shí)鐘芯片供電。
• 目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)供電：?jiǎn)?dòng)MPLAB IDE軟件時(shí)，仿真系統(tǒng)首先由仿真系統(tǒng)為仿真處理器供電。之后可通過(guò)設(shè)置對(duì)話(huà)框（Debugger>Settings）的“Power”選項(xiàng)卡選擇“Processor Power Supplied by Target Board”，由目標(biāo)板為處理器模塊供電。使用外部電源時(shí)，處理器模塊的電流負(fù)載通常相當(dāng)于被仿真設(shè)備（根據(jù)其數(shù)據(jù)手冊(cè)）加上約100 mA，且目標(biāo)應(yīng)用會(huì)影響處理器模塊的總電流負(fù)載，具體取決于處理器I/O的負(fù)載情況。當(dāng)處理器電源由目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)提供時(shí)，還可提供外部時(shí)鐘（來(lái)自目標(biāo)板），但MPLAB IDE不允許在不使用外部電源的情況下使用外部時(shí)鐘。

2.4 不同工作電壓范圍

• 4.6 至 5.5 伏：若目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)的工作電壓在4.55V（±120 mV）至5.5V之間，處理器模塊將視為標(biāo)準(zhǔn)電壓條件，此時(shí)處理器可運(yùn)行到其最高額定速度（如數(shù)據(jù)手冊(cè)所示）。推薦的上電順序?yàn)椋?
  1. 為PC主機(jī)供電。
  2. 為仿真吊艙和處理器模塊組件供電。
  3. 啟動(dòng)MPLAB IDE。
  4. 選擇Debugger > Settings，點(diǎn)擊“Power”選項(xiàng)卡，配置系統(tǒng)為“Processor Power Supplied by Target Board”。
  5. 出現(xiàn)錯(cuò)誤消息時(shí)，為目標(biāo)應(yīng)用電路供電，然后確認(rèn)錯(cuò)誤。
  6. 繼續(xù)操作前，從調(diào)試器菜單發(fā)出系統(tǒng)復(fù)位命令。
• 2.0 至 4.6 伏：若目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)的工作電壓在2.0V至4.55V（±120 mV）之間，處理器模塊將視為低電壓條件，此時(shí)處理器的速度受限，只能達(dá)到給定電壓水平下的額定速度（如數(shù)據(jù)手冊(cè)所示）。為減少目標(biāo)系統(tǒng)的反向電流，推薦的上電順序?yàn)椋?
  1. 為PC主機(jī)供電。
  2. 為仿真吊艙和處理器模塊組件供電。
  3. 啟動(dòng)MPLAB IDE。
  4. 選擇Debugger > Settings，點(diǎn)擊“Power”選項(xiàng)卡，配置系統(tǒng)為“Processor Power Supplied by Target Board”。
  5. 出現(xiàn)錯(cuò)誤消息時(shí)，為目標(biāo)應(yīng)用電路供電，然后確認(rèn)錯(cuò)誤。
  6. 繼續(xù)操作前，從調(diào)試器菜單發(fā)出系統(tǒng)復(fù)位命令。
  7. 選擇Debugger > Settings，點(diǎn)擊“Power”選項(xiàng)卡，驗(yàn)證對(duì)話(huà)框顯示“Low Voltage Enabled”，點(diǎn)擊“Cancel”關(guān)閉對(duì)話(huà)框。

3. 工作頻率

處理器模塊支持被仿真設(shè)備的最大頻率（除非在第3.0節(jié)“仿真器相關(guān)問(wèn)題”中另有說(shuō)明）。當(dāng)工作電壓低于4.5V時(shí)，PICmicro MCU設(shè)備的最大頻率會(huì)顯著降低。處理器模塊支持的最小頻率為32 kHz，在低頻運(yùn)行時(shí)，屏幕響應(yīng)可能較慢。你在低頻工作時(shí)遇到過(guò)哪些具體的問(wèn)題呢？

4. 時(shí)鐘選項(xiàng)

MPLAB ICE 2000支持內(nèi)部和外部時(shí)鐘。設(shè)置為內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，時(shí)鐘由仿真吊艙內(nèi)的內(nèi)部可編程時(shí)鐘提供；設(shè)置為外部時(shí)鐘時(shí)，將利用目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)的振蕩器。

4.1 仿真器時(shí)鐘源

可參考MPLAB IDE中的MPLAB ICE 2000在線(xiàn)幫助文件（Help>Topics）或MPLAB ICE 2000用戶(hù)指南（DS51488）中的“Using the On-Board Clock”部分，來(lái)配置MPLAB IDE提供時(shí)鐘源。

4.2 目標(biāo)應(yīng)用時(shí)鐘源

若選擇目標(biāo)應(yīng)用提供時(shí)鐘源，則必須同時(shí)選擇目標(biāo)板為仿真處理器供電（可參考MPLAB IDE中的MPLAB ICE 2000在線(xiàn)幫助文件（Help>Topics）或MPLAB ICE 2000用戶(hù)指南（DS51488）中的“Using a Target Board Clock”）。在低電壓下，處理器的最大速度將限制在被仿真設(shè)備的額定速度。設(shè)備適配器上的振蕩器電路為處理器模塊生成時(shí)鐘，并對(duì)目標(biāo)板上的時(shí)鐘電路進(jìn)行緩沖，使MPLAB ICE 2000仿真器能緊密匹配實(shí)際設(shè)備的振蕩器選項(xiàng)（除第3.0節(jié)“仿真器相關(guān)問(wèn)題”中注明外，支持所有振蕩器模式）。設(shè)備適配器的OSC1和OSC2輸入有5 pF至10 pF的負(fù)載，在使用晶體（HS、XT、LP或LF模式）或RC網(wǎng)絡(luò)（RC模式）時(shí)需注意。由于仿真器電路的原因，仿真的RC網(wǎng)絡(luò)頻率可能與實(shí)際設(shè)備有所不同，若需要特定頻率，可調(diào)整RC值或讓仿真器提供時(shí)鐘。使用目標(biāo)板時(shí)鐘時(shí)，系統(tǒng)的工作電壓在2.5V至5.5V之間。

5. ESD保護(hù)和電氣過(guò)應(yīng)力

所有CMOS芯片都易受靜電放電（ESD）影響，處理器模塊中CMOS仿真器的引腳直接連接到目標(biāo)連接器，使芯片更易受ESD損害，ESD還可能導(dǎo)致CMOS芯片出現(xiàn)閂鎖效應(yīng)，造成過(guò)大電流并可能損壞芯片。MPLAB ICE 2000通過(guò)過(guò)流保護(hù)和瞬態(tài)抑制器來(lái)減少潛在損害，但在使用系統(tǒng)時(shí)仍需注意盡量減少ESD條件。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，I/O引腳可能出現(xiàn)爭(zhēng)用情況（如仿真器引腳驅(qū)動(dòng)為‘1’，而目標(biāo)板驅(qū)動(dòng)為‘0’），長(zhǎng)時(shí)間爭(zhēng)用可能導(dǎo)致閂鎖并損壞仿真器芯片。一種預(yù)防措施是在開(kāi)發(fā)階段在雙向I/O引腳上使用限流電阻（約100 Ω），這也有助于避免因意外將電壓源連接到目標(biāo)板的I/O引腳而對(duì)模塊、設(shè)備適配器和吊艙造成損壞。你在實(shí)際操作中有沒(méi)有遇到過(guò)ESD問(wèn)題呢？

6. 凍結(jié)模式

MPLAB ICE 2000系統(tǒng)允許在處理器停止時(shí)選擇“凍結(jié)”外設(shè)操作或讓其繼續(xù)運(yùn)行，此選項(xiàng)在MPLAB IDE中配置。除PCM16XA0外，所有處理器模塊都支持凍結(jié)功能，該功能在斷點(diǎn)處停止板載定時(shí)器時(shí)很有用，在斷點(diǎn)和單步執(zhí)行時(shí)，中斷會(huì)被禁用。

五、設(shè)備適配器問(wèn)題

1. 電流消耗

即使仿真處理器模塊由仿真系統(tǒng)供電并運(yùn)行內(nèi)部時(shí)鐘，設(shè)備適配器仍會(huì)從目標(biāo)系統(tǒng)吸取最大10 mA的電流，這是因?yàn)樵O(shè)備適配器上的組件由目標(biāo)板供電。

2. 特定設(shè)備適配器

2.1 DVA12XP080

適用于PIC12C50X 8引腳DIP設(shè)備，有四個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)，可將目標(biāo)引腳GP2至GP5路由到PCM16XA0處理器模塊上的仿真硅或設(shè)備適配器上的振蕩器芯片。此外，一個(gè)24C00 EEPROM（U1）連接到仿真硅的RA0和RA1，以支持PIC12CE51X系列設(shè)備的EEPROM功能。如需了解如何使用EEPROM內(nèi)存，可通過(guò)選擇Debugger>Settings，點(diǎn)擊“Limitations”選項(xiàng)卡，再點(diǎn)擊“Details”按鈕，查看MPLAB IDE中關(guān)于PCM16XA0（PIC12CE518/519）設(shè)備的特定于設(shè)備的限制信息。

2.2 DVA12XP081

適用于PIC12C67X 8引腳DIP設(shè)備，有兩個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)，可將目標(biāo)引腳GP4和GP5路由到PCM12XA0處理器模塊上的仿真硅或設(shè)備適配器上的振蕩器設(shè)備。

2.3 DVA14XP280

適用于PIC14000 28引腳DIP設(shè)備，有兩個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)，可將目標(biāo)引腳OSC1和OSC2路由到PCM14XA0處理器模塊上的仿真硅或設(shè)備適配器上的振蕩器設(shè)備。

2.4 DVA16XP140

適用于PIC16C505 14引腳DIP設(shè)備，有四個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)。其中兩個(gè)開(kāi)關(guān)可將目標(biāo)引腳RB4和RB5路由到PCM16XA0處理器模塊上的仿真硅或設(shè)備適配器上的振蕩器設(shè)備；另外兩個(gè)開(kāi)關(guān)控制RB3和RC5信號(hào)的路由，RB3可以是通用輸入或MCLR，RC5可以是通用I/O或驅(qū)動(dòng)TOCKI輸入。

2.5 DVA16XP182

適用于PIC16C712/716 18引腳DIP設(shè)備，有第二個(gè)振蕩器設(shè)備，允許TIMER1振蕩器輸入范圍為32 - 40 kHz。有四個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)，目標(biāo)引腳RB1和RB2可路由到PCM16XE1處理器模塊上的仿真硅或設(shè)備適配器上的TIMER1振蕩器設(shè)備，目標(biāo)引腳RB1路由到T1CKI，目標(biāo)引腳RB3可以是通用輸入或CCP1。

2.6 DVA17XXXX0

適用于PCM17XA0處理器模塊支持的PICmicro MCU設(shè)備。在所有處于EC模式的處理器中，不支持OSC/4；而DVA17XXXX1設(shè)備適配器支持EC模式下的OSC/4。

2.7 仿真特定寬度引腳設(shè)備

仿真.600寬、28引腳的設(shè)備時(shí)，需要一個(gè)適配器將設(shè)備適配器上標(biāo)準(zhǔn)的.300寬插座轉(zhuǎn)換為目標(biāo)板上的.600寬插座，如Digi-Key部件號(hào)為A502-ND的適配器。

2.8 T1OSC跳線(xiàn)

一些設(shè)備適配器配備3引腳跳線(xiàn)，用于強(qiáng)制設(shè)備適配器啟用/禁用Timer1振蕩器電路。當(dāng)跳線(xiàn)處于“ON”位置時(shí)，無(wú)論T1CON中的T1OSCEN位如何設(shè)置，設(shè)備適配器的Timer1振蕩器電路始終啟用；當(dāng)跳線(xiàn)處于“OFF”位置時(shí)，設(shè)備適配器的Timer1振蕩器電路由應(yīng)用代碼中的軟件通過(guò)T1CON中的T1OSCEN位啟用/禁用。需要注意的是，PCM16XB0/B1、PCM16XE0/E1、PCM16XK0和PCM16XL0不支持軟件啟用/禁用Timer1電路，必須使用跳線(xiàn)來(lái)啟用或禁用該功能（可參考DVA16XP282、DVA16XP401、DVA16XL441和DVA16PQ441的表5 - 7）。

綜上所述，MPLAB ICE 2000的處理器模塊和設(shè)備適配器在設(shè)計(jì)上具有高度的靈活性和可配置性，但在使用過(guò)程中也需要我們注意諸多細(xì)節(jié)，只有這樣才能充分發(fā)揮其性能，提高開(kāi)發(fā)效率。你在使用MPLAB ICE 2000過(guò)程中還有哪些疑問(wèn)或者經(jīng)驗(yàn)可以分享呢？