基于ColdFire的评估系统的设计与实现

论文摘要

嵌入式系统发展的日新月异,芯片制造技术的不断革新,迅速扩展了32位微处理器的应用领域。目前32位微处理器种类繁多,主要有ARM、x86、PowerPC、68K/ColdFire和MIPS等。ColdFire是Freescale公司在68K的基础上推出的高性价比、高集成度32位微处理器,并且该系列还不断有新产品推出。芯片的推广应用离不开功能强大的开发工具。本课题设计并实现了一套基于ColdFire的评估系统,它由硬件评估板和配套的软硬件开发工具组成,可以解决目前国内开发工具严重依赖进口、开发资料较少等一系列问题,为用户提供了一种功能完备、操作简单、价格低廉、能满足学习和开发双重需求的实验平台。本课题开发了针对ColdFire系列微处理器的BDM调试头以及Windows平台上的SdIDE for ColdFire嵌入式集成开发环境。文中以MCF5271为例,设计并制作了SDEVB5271评估板,将开发工具成功地运用在该评估板之上,构建了整套的SDEVB5271评估系统,可提供性能评估、应用开发等功能。文中详细阐述了整个开发的流程,可以对开发其他ColdFire型号芯片的评估系统以及类似的嵌入式产品提供借鉴和参考。本文首先给出了SDEVB5271的硬件设计、各硬件模块的原理框图以及硬件测试流程;其次分析了ColdFire的BDM工作原理并给出BDM调试头的硬件设计和底层驱动程序的编写;然后阐述了软件设计中使用的关键技术,包括编译、连接脚本的编写,代码的下载与执行;最后给出了嵌入式应用程序的基础知识和一个IO口的实验程序,同时还给出了μCLinux在SDEVB5271上的移植实例。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 ColdFire 系列微处理器
• 1.2 课题背景
• 1.2.1 常见的32 位微处理器及其应用
• 1.2.2 ColdFire 系列微处理器的开发工具及评估板
• 1.3 设计思路
• 1.4 课题意义
• 1.5 本文工作和论文结构
• 1.5.1 本文工作
• 1.5.2 论文结构
• 第二章 评估板硬件设计
• 2.1 硬件选型
• 2.1.1 CPU 的选取
• 2.1.2 外围器件的选取
• 2.2 芯片简介
• 2.2.1 MCF5271 微处理器
• 2.2.2 存储器件
• 2.2.3 输入输出类器件
• 2.3 硬件评估板设计
• 2.3.1 电源
• 2.3.2 CPU 支撑电路
• 2.3.3 Flash
• 2.3.4 SDRAM
• 2.3.5 以太网模块
• 2.3.6 串口
• 2.3.7 A/D 转换
• 2.3.8 与扩展板接口
• 2.4 硬件评估板测试流程及体会
• 2.4.1 测试方法
• 2.4.2 测试流程
• 2.4.3 测试体会
• 第三章 ColdFire 系列 BDM 调试头的设计与实现
• 3.1 芯片调试技术
• 3.2 ColdFire 微处理器的BDM 调试模式
• 3.2.1 ColdFire 调试模块概述
• 3.2.2 不同BDM 接口的比较
• 3.3 BDM 调试头的硬件设计
• 3.3.1 BDM 的串行通信时序分析
• 3.3.2 XC9536XL 芯片介绍
• 3.3.3 BDM 调试头硬件实现
• 3.4 BDM 调试头驱动程序的设计
• 3.4.1 BDM 的数据通信格式
• 3.4.2 BDM 的串行通信实现
• 3.4.3 BDM 的调试命令
• 3.5 本章小结
• 第四章 软件设计
• 4.1 SdIDE 通用模块介绍
• 4.1.1 SdIDE 简介
• 4.1.2 SdIDE 通用模块
• 4.2 交叉编译器
• 4.2.1 关于交叉编译器
• 4.2.2 构建嵌入式开发的GCC 工具链
• 4.2.3 Makefile
• 4.3 连接器
• 4.3.1 目标文件格式
• 4.3.2 连接脚本
• 4.4 代码的写入及运行
• 4.4.1 烧写Flash
• 4.4.2 程序在SDRAM 中运行
• 4.4.3 监控程序
• 4.5 本章小结
• 第五章 评估板应用编程示例
• 5.1 嵌入式应用程序设计的基本知识
• 5.1.1 硬件系统初始化
• 5.1.2 应用程序初始化
• 5.2 通用IO 口的编程实例
• 5.2.1 编程基础
• 5.2.2 编程步骤
• 5.2.3 程序测试与固化
• 5.3 μClinux 的板级移植
• 5.3.1 bootloader 开发与移植
• 5.3.2 μClinux 的移植
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录 A MCF5271 相关资料
• A.1 MCF5271 模块框图
• A.2 MCF5271 芯片引脚图
• 附录 B SDEV85271 硬件原理图
• B.1 电源电路及扩展接口电路
• B.2 MCF5271 支撑电路
• B.3 存储扩展电路
• B.4 CPU 配置电路及BDM 接口
• B.5 以太网接口
• 附录 C BDM 调试头原理图
• C.1 BDM 调试头硬件原理图
• C.2 XC9536XL 内部程序原理图
• 攻读学位期间公开发表的论文及参与的鉴定项目
• 致谢
• 详细摘要