LarduinoISP for LGT8FX8D SWD通信协议源码简析

LGT8FX8D/P系列的CPU可以指令级兼容avr芯片,引脚定义也相近.将avr的程序移植到LGT8FX8D/P只需作少量的修改,而且增强了一些性能,价格却更低,性价比高.
要将程序写入空片,其flash烧写方式与avr并不一样,需要专门的调试下载器.使用说明
在LarduinoISP for LGT8FX8D公开了份代码,其中实现了通过SWD接口实现LGT8FX8D的读写.我们通过阅读这份代码来看看通过SWD通信方式来实现flash烧写的过程.

SWD通信硬件要求

需使用的引脚:

引脚	传输方向	描述
SWD	输入与输出	用作传输数据比特,双向
SWC	输出	用作时钟信号
RST	输出	SWD模式时RST拉低

SWD对应PB5,SWC对应PB4,RST对应PB2

#define SWDIF_PIN        PINB
#define SWDIF_DIR        DDRB
#define SWDIF_PORT        PORTB
#define SWDIF_CLK        (1 << 5)    // PB5
#define SWDIF_DAT          (1 << 4)    // PB4
#define SWDIF_RSTN        (1 << 2)    // PB2

SWD通信时序分析

所有时序的实现,由CPU操作IO口完成.

通信速率

在一个通信时钟周期会调用二次SWD_Delay()即$12*2$个NOP指令,再加上设置SWC SWD电平的指令,总约需30个指令周期,在16MHz的系统时钟下,通信速率可达500Kbps.如果一个位输出中有更多的逻辑操作,则通信频率会更低一些.

#define SWD_Delay()    do {\
    NOP(); NOP(); NOP(); NOP(); NOP(); NOP(); \
    NOP(); NOP(); NOP(); NOP(); NOP(); NOP(); \
} while(0);

        //一个时钟周期的模拟
        SWC_CLR();
        SWD_Delay();
        SWD_CLR();
        SWD_Delay();
        SWC_SET();
        SWD_Delay();

通信时序

数据通信由起始位SWD_CLR开始,然后是输出一个字节是由一串8比特数据加一个结束位SWD_SET组成,如有多个字节输出,则中间结束位为SWD_CLR,最后的结束位为SWD_SET.每个字节的先输出最低位,再到最高位的顺序输出,即LSB First.

双向引脚SWD输出数据时,在时钟SWC低电平时改变SWD输出数据,写入目标芯片会在SWC的上升沿检测SWD数据.

void SWD_WriteByte(uint8_t start, uint8_t data, uint8_t stop)
{
    volatile uint8_t cnt;
    
    if(start) {
        SWC_CLR();
        SWD_Delay();
        SWD_CLR();
        SWD_Delay();
        SWC_SET();
        SWD_Delay();
    }
    
    // send data
    for(cnt = 0; cnt < 8; cnt++)
    {
        SWC_CLR();
        if(data & 0x1) SWD_SET();
        else SWD_CLR();
        SWD_Delay();
        data >>= 1;
        SWC_SET();
        SWD_Delay();
    }
    
    SWC_CLR();
    if(stop) SWD_SET();
    else SWD_CLR();

    SWD_Delay();
    SWC_SET();
    SWD_Delay();
}

双向引脚SWD输入数据时,在时钟SWC高电平时设为输入并上拉,由写入目标芯片控制SWD,在SWC的下降沿检测SWD数据.

uint8_t SWD_ReadByte(uint8_t start, uint8_t stop)
{
    volatile uint8_t cnt;
    volatile uint8_t bRes = 0;
    
    if(start)
    {
        SWC_CLR();
        SWD_CLR();
        SWD_Delay();
        SWC_SET();
        SWD_Delay();        
    }
    
    SWD_IND();
    //SWD_Delay();
    for(cnt = 0; cnt < 8; cnt++)
    {
        bRes >>= 1;
        SWC_CLR();
        SWD_Delay();
        if(SWDIF_PIN & SWDIF_DAT)
            bRes |= 0x80;

        SWC_SET();
        SWD_Delay();
    }
    
    SWD_OUD();
    
    SWC_CLR();
    if(stop) SWD_SET();
    else SWD_CLR();

    SWD_Delay();
    SWC_SET();
    SWD_Delay();
    
    return bRes;
}

一些操作需要通过一些时序才能完成,故有些需加上SWD_Idle等待.

void SWD_Idle(uint8_t cnt)
{
    volatile uint8_t i;

    SWD_SET();
    
    for(i = 0; i < cnt; i++)
    {
        SWC_CLR();
        SWD_Delay();
        SWC_SET();
        SWD_Delay();
    }
}

Flash写入相关

读取SWD ID

SWD_ReadSWDID()

Unlock()操作,因芯片的保护机制,掉电再上电后,是不能通过SWD接口来读取Flash中的数据的,此Unlock操作相当于对芯片进行全芯片擦除,之后所读数据全部为0xff,并允许写入操作.

uint8_t SWD_UnLock()
{
...
    SWD_UnLock0();
    SWD_EEE_UnlockTiming();
    SWD_UnLock1();
    delayus(100);
    SWD_UnLock0();
    delayus(100);
    SWD_UnLock1();    
...
}

读取Read(),因flash为16位,参数addr为word地址,每次读取两个字节,返回一个word数据


uint16_t SWD_EEE_Read(uint16_t addr)
{
    volatile uint8_t hbyte, lbyte;
    
    SWD_EEE_CSEQ(0x00, addr);
    SWD_EEE_CSEQ(0xa0, addr);
    
    SWD_WriteByte(1, 0xaa, 1);
    lbyte = SWD_ReadByte(1, 0);
    hbyte = SWD_ReadByte(0, 1);
    SWD_Idle(10);
    SWD_EEE_CSEQ(0x00, addr);

    return (hbyte << 8) | lbyte;
}

写入write(),因flash为16位,参数addr为word地址,每次写入两个字节,即一个word数据

void SWD_EEE_Write(uint16_t data, uint16_t addr)
{
    volatile uint8_t ib;
    volatile uint8_t timout = 0x1f;
    
    SWD_EEE_CSEQ(0x00, addr);
    SWD_EEE_DSEQ(data);
    SWD_EEE_CSEQ(0x04, addr);
    SWD_EEE_CSEQ(0x84, addr);
    SWD_EEE_CSEQ(0x02, addr);
    
    do {
        delayus(50);
        ib = SWD_EEE_GetBusy();
        --timout;
    } while(ib == 1 && timout > 0);
    
    SWD_EEE_CSEQ(0x00, addr);
}

以上16位地址和数据输入输出均为低字节优先,然后再高字节,即little-endian模式.