Renesas H8S、H8SX 家族 E10A - USB 仿真器使用指南

在电子设计领域，仿真器是开发过程中不可或缺的工具。Renesas 的 H8S、H8SX 家族 E10A - USB 仿真器为工程师提供了强大的调试和开发支持。本文将详细介绍该仿真器的连接方法、软件规格以及相关注意事项，希望能为电子工程师们在使用这款仿真器时提供帮助。

文件下载：R5F3650NCNFA#V0.pdf

一、连接仿真器与用户系统

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。其组件包括：	分类	组件	外观	数量	备注
硬件	仿真器盒	HS0005KCU01H：深度 65.0 mm，宽度 97.0 mm，高度 20.0 mm，质量 72.9 g；HS0005KCU02H：深度 65.0 mm，宽度 97.0 mm，高度 20.0 mm，质量 73.7 g	1
硬件	用户系统接口电缆	14 针类型，长度 20 cm，质量 33.1 g	1
硬件	USB 电缆	长度 150 cm，质量 50.6 g	1
软件	H8S/2427 E10A - USB 和 H8S/2425 E10A - USB 仿真器设置程序、用户手册、补充信息及测试程序手册（CD - R 提供）	-	-	包含仿真器支持的 MPUs 附加文档

1.2 连接步骤

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，要参考手册中推荐的连接器与 MCU 的连接示例。 连接时，需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，14 针连接器的引脚编号分配与 E8a 仿真器不同，但物理位置相同。在设计用户板上的连接器布局时，不要在连接器 3mm 范围内放置任何组件。 警告：务必使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，否则会因过电流导致火灾隐患，并损坏用户系统、仿真器产品和主机。

1.3 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 连接示例

连接用户系统到仿真器时，要注意以下几点：

1. 仿真器使用片上仿真器引脚 ETCK、ETRST#、ETDO、ETMS 和 ETDI，需上拉这些引脚并连接到用户系统连接器。
2. 当仿真器连接到用户系统时，上拉 MCU 的 EMLE 引脚；未连接时，将 EMLE 引脚接地。
3. 用户系统连接器引脚 4 的 RES(in)# 是仿真器向 MCU 输出信号的信号线，需将其与用户系统复位电路连接到 MCU；引脚 7 的 RES(out)# 是仿真器监测 MCU 的 RES# 信号的信号线，连接到引脚 7 之前需上拉。
4. 将用户系统连接器引脚 8 - 10、12 - 14 的 GND 连接到用户系统的地。
5. 将用户系统连接器引脚 11 的 Vcc 连接到用户系统的电源，输入电压 Vcc 应在微计算机保证运行的范围内。
6. 使用仿真器时，H8S/2427、H8S/2427R、H8S/2425 组的部分引脚功能不可用，如 PCP53、PG4 - PG6、WDTOVF# 等。

二、仿真器软件规格

2.1 与 MCU 的差异

1. 寄存器初始化：仿真器系统启动时，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。而 MCU 的初始值未定义。
2. 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] 窗口中重写该寄存器。
3. 仿真期间的内存访问：仿真期间引用或修改内存内容会暂停用户程序，无法进行实时仿真。
4. 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不可用。
5. 功耗：使用仿真器时，MCU 的功耗可达几 mA，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。
6. MCU 使用注意：不要使用已用于调试的 MCU，多次重写闪存后可能会出现数据保留问题，若出现错误信息，应更换新的 MCU。
7. MCU 操作模式：仿真器支持模式 1、2、4 和 7（片上仿真模式）。
8. 调试期间的闪存编程：在执行 [Go to cursor]、单步跳过子程序、单步退出操作执行子程序等功能时，会使用断点对闪存进行编程。
9. 程序闪存模式下的求和数据：“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。
10. 执行用户程序注意：仿真器在闪存编程（Go、Step In、Step Out 或 Step Over）期间会使用闪存和看门狗定时器寄存器，设置值会被重写。
11. 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。
12. 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（MCU 通过 PLL 电路倍频时也适用）。
13. 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，无法生成断点，同时 [STOP] 按钮执行、监视功能自动更新和工具芯片监视功能使用、仿真执行期间的内存操作等也无法进行。
14. 支持的设备：H8S/2427 E10A - USB 支持 H8S/24279、H8S/24279R 等；H8S/2425 E10A - USB 支持 H8S/24259、H8S/24258 等。

2.2 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：HS0005KCU01H、HS0005KCU02H 对应 Renesas E - Series USB Driver。

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，可指定的项目包括地址总线条件、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。 注意：选择 [Step In]、[Step Over] 或 [Step Out] 时，中断条件设置无效；执行设置了 BREAKPOINT 的指令时，中断条件设置无效；使用单步跳过功能时，BREAKPOINT 和中断条件设置无效。

2.2.3 设置 [Breakpoint] 对话框注意事项

1. 设置奇数地址时，地址会向下取整为偶数地址。
2. BREAKPOINT 通过替换指令实现，只能设置在闪存或 RAM 区域，不能设置在闪存或 RAM 以外的区域以及满足中断条件的指令处。
3. 单步执行期间，BREAKPOINT 无效。
4. 执行 BREAKPOINT 指令后，中断条件设置立即无效，即使满足中断条件也不会中断。
5. 程序在 BREAKPOINT 处停止后从断点地址恢复执行时，会在恢复执行前的地址进行单步执行，无法进行实时操作。
6. 使用 STEP OVER 功能时，BREAKPOINT 和中断条件设置无效。

2.2.4 使用 JTAG 时钟（TCK）注意事项

使用 JTAG 时钟（TCK）时，频率应设置低于系统时钟。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 TCK 值。

2.2.5 跟踪功能

仿真器使用 MCU 中的分支指令跟踪功能，通过实时运行用户程序获取跟踪信息，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。设置内容包括选择外部闪存设置文件、启用或禁用外部闪存调试功能、选择是否在连接时擦除闪存内容等。最多可通过该对话框为外部闪存指定 1024 个块，外部闪存起始地址和结束地址之间的最大允许大小为 16 Mbytes。

2.2.7 与初始化、写入和擦除模块及仿真器固件的接口

初始化、写入和擦除模块在仿真器启动以及外部闪存读写时需从固件分支。分支时要满足以下条件：

1. 每个模块大小连续 4 Kbytes 或更小（包括工作区和堆栈区）。
2. 调用模块前后保存并恢复所有通用寄存器和控制寄存器的值。
3. 处理后将模块返回调用源。
4. 模块必须是 Motorola S 型文件。
5. 写入模块将数据 ER1(L) 写入地址 ER0(L)，并将闪存顶部地址 ER2(L) 存储在 ER0(L) 中；擦除模块擦除地址 ER0(L) 的块，并将闪存顶部地址 ER1(L) 存储在 ER0(L) 中；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) 中。

在使用 Renesas H8S、H8SX 家族 E10A - USB 仿真器时，工程师们需仔细遵循上述步骤和注意事项，以确保开发过程的顺利进行。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。