Renesas H8S、H8SX家族E10A - USB仿真器使用指南

在电子科技领域，仿真器是开发和测试微控制器（MCU）的重要工具。Renesas的H8S、H8SX家族E10A - USB仿真器为工程师们提供了强大的调试和开发功能。本文将深入介绍该仿真器的硬件连接、软件规格以及相关注意事项，帮助电子工程师更好地使用这款仿真器。

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一、硬件连接

1.1 仿真器组件

H8S/2427 E10A - USB仿真器支持H8S/2427和H8S/2427R组，H8S/2425 E10A - USB仿真器支持H8S/2425组。其硬件组件包括：

• 仿真器盒：有HS0005KCU01H和HS0005KCU02H两种型号，尺寸为深度65.0mm、宽度97.0mm、高度20.0mm，质量分别为72.9g和73.7g。
• 用户系统接口电缆：14针类型，长度20cm，质量33.1g。
• USB电缆：长度150cm，质量50.6g。

软件方面，提供了H8S/2427 E10A - USB和H8S/2425 E10A - USB仿真器设置程序、用户手册、补充信息以及测试程序手册（存储在CD - R上）。

1.2 与用户系统的连接

在将E10A - USB仿真器与用户系统连接之前，需要在用户系统中安装连接器，以便连接用户系统接口电缆。设计用户系统时，要参考本手册中推荐的连接器与MCU的连接示例。

连接时，务必将用户系统连接器的8、9、10、12、13和14引脚牢固连接到PCB上的GND，这些引脚用作电气GND并监测用户系统连接器的连接情况。同时，要注意用户系统连接器的引脚分配。

这里要特别提醒的是，一定要用螺丝等将用户系统接口电缆的GND线连接到用户系统的GND上，否则会因过流引发火灾危险，损坏用户系统、仿真器产品和主机。

1.3 USB连接器引脚分配

用户系统连接器的引脚分配如下：	引脚编号	MCU引脚名称	输入/输出
1	ETCK	输入
2	ETRST#	输入
3	ETDO	输出
4	RES(in)#	输入
5	ETMS	输入
6	ETDI	输入
7	RES(out)#	输出
8 - 10	GND	-
12 - 14	-	-
11	Vcc	-

1.4 仿真器连接示例

连接用户系统和仿真器时，要注意以下几点：

• RES(in)#（引脚4）是仿真器向MCU输出信号的信号线，需将其和用户系统复位电路连接到MCU。
• RES(out)#（引脚7）是仿真器监测MCU的RES#信号的信号线，连接到用户系统连接器引脚7之前必须上拉。
• 仿真器使用片上仿真器引脚ETCK、ETRST#、ETDO、ETMS和ETDI，要上拉这些引脚并连接到用户系统连接器。
• 若仿真器连接到用户系统，上拉MCU的EMLE引脚；未连接时，将EMLE接地。
• 将用户系统连接器的8 - 10、12 - 14引脚的GND连接到用户系统的地，将引脚11的Vcc连接到用户系统的电源（Vcc），输入电压Vcc要在微计算机保证运行的范围内。
• 使用仿真器时，H8S/2427、H8S/2427R、H8S/2425组的某些引脚功能不可用，如PCP53、PG4 - PG6、WDTOVF#等。

二、仿真器软件规格

2.1 H8S/2427、H8S/2427R、H8S/2425组与仿真器的差异

• 寄存器初始化：仿真器启动时，会初始化通用寄存器和部分控制寄存器，如PC初始化为向量地址表中的复位向量值，ER0 - ER6初始化为H’0等。但MCU的初始值是未定义的。
• 系统控制寄存器：在仿真器中可从[IO]窗口访问内部I/O寄存器，但访问系统控制寄存器时要小心。仿真器会在断点处保存系统控制寄存器的值，并在用户程序执行时恢复。因此，不要在[IO]窗口中重写系统控制寄存器。
• 仿真期间的内存访问：仿真期间引用或修改内存内容时，用户程序会暂时停止，无法进行实时仿真。
• 引脚功能：仿真器通过片上仿真器引脚与MCU通信，与这些引脚复用的功能无法使用。
• 功耗：使用仿真器时，MCU的功耗可达几毫安，这是因为用户电源驱动IC使通信信号电平与用户系统电源电压匹配。
• MCU使用注意：不要使用已用于调试的MCU，多次重写闪存可能导致数据丢失，若出现错误信息，需更换新的MCU。
• MCU操作模式：仿真器支持模式1、2、4和7（片上仿真模式）。
• 调试期间的闪存编程：在执行[Go to cursor]、单步跳过子程序、单步跳出子程序操作时，会使用断点对闪存进行编程。
• 程序闪存模式下的求和数据显示：“Program Flash”模式下显示的求和数据是整个ROM区域数据按字节相加的值。
• 执行用户程序注意事项：仿真器在闪存编程期间会重写设置值。
• 加载会话：[Configuration]对话框中[JTAG clock]的信息无法通过加载会话恢复，JTAG时钟（TCK）的值在启动时变为初始值。
• 连接仿真器时的系统时钟设置：在[System Clock]对话框中输入使用的振荡器频率（若MCU通过PLL电路倍频也适用）。
• 内部闪存编程或擦除时的仿真：调用内部闪存编程或擦除程序时，无法产生断点，且[STOP]按钮执行、观察功能自动更新、工具芯片观察功能使用以及仿真执行期间的内存操作等都无法进行。

2.2 H8S/2427 E10A - USB和H8S/2425 E10A - USB仿真器功能

2.2.1 仿真器驱动选择

在[Driver Details]对话框中可选择的驱动为Renesas E - Series USB Driver，适用于HS0005KCU01H和HS0005KCU02H。

2.2.2 硬件中断功能

H8S/2427 E10A - USB和H8S/2425 E10A - USB仿真器可设置八个中断条件，包括地址总线条件、数据总线条件、读写条件和跟踪采集条件。在[Break condition]对话框和BREAKCONDITION_SET命令中可设置不同的条件组合。

但要注意，当选择[Step In]、[Step Over]或[Step Out]，执行设置了BREAKPOINT的指令，以及使用单步跳过功能时，中断条件设置会被禁用。

2.2.3 [Breakpoint]对话框设置注意事项

• 设置奇数地址时，地址会向下舍入为偶数地址。
• BREAKPOINT只能设置在闪存或RAM区域，不能设置在其他区域或满足中断条件的指令上。
• 单步执行期间，BREAKPOINT会被禁用。
• 执行BREAKPOINT处的指令后，中断条件设置会立即禁用。
• 程序在BREAKPOINT处停止后恢复执行时，会在恢复执行前的地址进行单步执行，无法进行实时操作。
• 使用STEP OVER功能时，BREAKPOINT和中断条件设置无效。

2.2.4 JTAG时钟（TCK）使用注意事项

使用JTAG时钟（TCK）时，频率要设置得低于系统时钟。执行[Reset CPU]或[Reset Go]后，JTAG时钟（TCK）的值变为仿真器启动时设置的初始值。

2.2.5 跟踪功能

仿真器利用MCU的分支指令跟踪功能，通过实时运行用户程序来获取跟踪信息，显示八通道分支源地址、助记符和操作数。

2.2.6 外部闪存调试

该仿真器支持外部闪存调试，可将程序下载到外部闪存区域。在仿真器启动时打开[External Flash memory setting]对话框进行设置，勾选[Use External Flash memory setting]可显示该对话框。通过指定初始化、写入或擦除模块并填写外部闪存信息，可在外部闪存区域实现与H8S E10A - USB系统等效的调试功能。

2.2.7 初始化、写入和擦除模块与仿真器固件的接口

仿真器启动并对外部闪存进行读写时，初始化、写入和擦除模块必须从固件分支。分支和返回时要满足以下条件：

• 每个模块的大小必须连续且不超过4 Kbytes（包括工作区和堆栈区）。
• 调用模块前后要保存和恢复所有通用寄存器值和控制寄存器值。
• 处理后将模块返回调用源。
• 模块必须是Motorola S型文件。
• 写入模块将数据ER1(L)写入地址ER0(L)，存储闪存顶部地址ER2(L)，结果存储在ER0(L)；擦除模块擦除地址ER0(L)的块，存储闪存顶部地址ER1(L)，结果存储在ER0(L)。
• 设置写入模块的写入大小（字节、字或长字）。
• 初始化模块用于设置访问外部闪存所需的设备，结果存储在ER0(L)。

总之，Renesas的H8S、H8SX家族E10A - USB仿真器功能强大，但在使用过程中需要注意诸多细节。电子工程师们在实际应用中，要仔细阅读手册，合理设置参数，以充分发挥仿真器的性能，提高开发效率。大家在使用这款仿真器时，有没有遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享。