瑞薩E1/E20仿真器：設(shè)計(jì)、調(diào)試與使用全解析

在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，仿真器是不可或缺的工具，它能幫助工程師高效地進(jìn)行硬件調(diào)試和程序開發(fā)。瑞薩的E1/E20仿真器就是這樣一款強(qiáng)大的工具，今天我們就來詳細(xì)了解一下它的使用方法、調(diào)試技巧以及一些注意事項(xiàng)。

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一、仿真器概述

瑞薩E1/E20仿真器的用戶手冊包含兩部分：《E1/E20 Emulator User’s Manual》和《E1/E20 Emulator Additional Document for User’s Manual》。在使用之前，務(wù)必仔細(xì)閱讀這兩份文檔。該仿真器支持R8C系列的多個(gè)MCU，如R8C/3x系列和R8C/Lx系列，適用于單芯片模式。

1.1 規(guī)格參數(shù)

• 目標(biāo)MCU：涵蓋了眾多R8C家族的產(chǎn)品，具體型號在手冊中有詳細(xì)列表。
• 仿真器規(guī)格：E1（R0E000010KCE00）和E20（R0E000200KCT00）兩款仿真器，采用USB總線供電，無需額外電源。適用的調(diào)試器為R8C E1/E20 Emulator Debugger，工作環(huán)境對溫度、濕度、振動(dòng)等都有一定要求。
• 操作環(huán)境：支持Windows XP（32位）、Windows 7（32位和64位）、Windows Vista（32位）等操作系統(tǒng)，對PC的CPU、內(nèi)存、接口等也有相應(yīng)要求。
• MCU相關(guān)規(guī)格：電源電壓范圍為1.8 - 5.5V，最大工作頻率為20MHz，最小為32.768KHz，通過14針連接器與用戶系統(tǒng)連接。

1.2 適用工具鏈和第三方產(chǎn)品

可以調(diào)試內(nèi)部工具鏈和第三方產(chǎn)品創(chuàng)建的模塊，如M3T - NC30WA V.5.20 Release 01或更高版本的工具鏈，以及IAR EWM16C V.2.12或更高版本、TASKING M16C C/C++/EC++ Compiler V.2.3r1或更高版本的第三方產(chǎn)品。

二、用戶系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 連接器選擇

在將E1或E20仿真器連接到用戶系統(tǒng)時(shí)，需要在用戶系統(tǒng)上安裝合適的連接器。推薦使用3M Limited的14針連接器，如2514 - 6002（用于國外）和7614 - 6002（用于日本）。連接時(shí)要注意一些事項(xiàng)，如在連接器周圍5mm內(nèi)不要安裝高度超過10mm的組件，將14針連接器的2、12和14針牢固連接到用戶系統(tǒng)板的GND上，插拔用戶系統(tǒng)接口電纜時(shí)要握住電纜頭部的連接器蓋。

2.2 小連接器轉(zhuǎn)換適配器

如果使用瑞薩單獨(dú)提供的E1仿真器小連接器轉(zhuǎn)換適配器（R0E000010CKZ11），要注意其連接器引腳分配與標(biāo)準(zhǔn)接口連接器不同。

2.3 系統(tǒng)接地連接

仿真器的信號接地與用戶系統(tǒng)的信號接地相連，在用戶系統(tǒng)中，只連接框架接地，不要將信號接地與框架接地相連，否則可能會(huì)因接地電位不同導(dǎo)致冒煙、起火或觸電等危險(xiǎn)。

2.4 與MCU的連接示例

推薦的E1/E20連接連接器與MCU的連接方式中，MODE引腳用于MCU控制和強(qiáng)制中斷控制，不要連接電容等；RESET#引腳使用開集電極輸出緩沖器或CR復(fù)位電路作為復(fù)位電路，上拉值推薦為4.7kΩ或更高。同時(shí)，相鄰上拉電阻可能會(huì)受到其他引腳噪聲的影響，連接器與MCU之間的布線應(yīng)盡可能短，信號線路不要與其他信號線路連接。

2.5 接口電路參考

手冊中給出了E1和E20仿真器的接口電路示例，可作為確定上拉電阻值的參考。

三、調(diào)試準(zhǔn)備

3.1 激活工作區(qū)

要激活高性能嵌入式工作區(qū)，首先將仿真器連接到主機(jī)和用戶系統(tǒng)，然后從[開始]菜單的[程序]中選擇[Renesas -> High - performance Embedded Workshop -> High - performance Embedded Workshop]。在彈出的[Welcome!]對話框中，可以選擇創(chuàng)建新的工作區(qū)、打開最近的工作區(qū)或?yàn)g覽其他工作區(qū)。

3.2 創(chuàng)建工作區(qū)

創(chuàng)建新工作區(qū)時(shí)，根據(jù)是否使用工具鏈有不同的步驟。如果不使用工具鏈，在[Welcome!]對話框中選擇創(chuàng)建新工作區(qū)，啟動(dòng)項(xiàng)目生成器，輸入工作區(qū)名稱、項(xiàng)目名稱、目錄、CPU家族等信息；如果使用工具鏈，還需要選擇合適的工具鏈。

3.3 打開現(xiàn)有工作區(qū)

在[Welcome!]對話框中選擇瀏覽其他項(xiàng)目工作區(qū)，指定工作區(qū)所在的目錄，選擇工作區(qū)文件（擴(kuò)展名為.hws），即可打開工作區(qū)。

3.4 連接仿真器

連接仿真器有多種方法，如在啟動(dòng)前進(jìn)行仿真器設(shè)置，選擇[Debug Settings…]從[Debug]菜單打開[Debug Settings]對話框，選擇調(diào)試目標(biāo)、注冊下載模塊和自動(dòng)執(zhí)行的命令鏈；也可以加載會(huì)話文件。如果仿真器斷開連接，可以通過[Debug]菜單的[Connect]、工具欄按鈕或命令行輸入連接命令進(jìn)行重新連接。

3.5 斷開仿真器

要斷開仿真器，可以通過[Debug]菜單的[Disconnect]、工具欄按鈕或命令行輸入斷開命令。

3.6 調(diào)試相關(guān)設(shè)置

在調(diào)試前，需要進(jìn)行一些設(shè)置，如指定下載模塊、設(shè)置命令行批處理文件的自動(dòng)執(zhí)行等?？梢酝ㄟ^[Debug Settings…]菜單打開[Debug Settings]對話框進(jìn)行設(shè)置。

3.7 啟動(dòng)仿真器調(diào)試器

啟動(dòng)E1/E20仿真器調(diào)試器時(shí)，要確保用戶系統(tǒng)電源關(guān)閉，連接好用戶系統(tǒng)接口電纜和USB接口電纜。使用產(chǎn)品附帶的教程工作區(qū)，按照相應(yīng)步驟操作，檢查仿真器和MCU的連接情況。

3.8 啟動(dòng)時(shí)的設(shè)置對話框

仿真器啟動(dòng)時(shí)會(huì)顯示三個(gè)對話框：

• [Initial Settings]對話框：用于選擇目標(biāo)MCU和建立通信，可通過[Setup]菜單的[Emulator] -> [Device Setting…]重新顯示，但啟動(dòng)后更改設(shè)置不會(huì)立即生效。
• [Configuration Properties]對話框：在[Initial Settings]對話框之后顯示，用于進(jìn)行與仿真器和調(diào)試功能相關(guān)的設(shè)置，可通過[Setup]菜單的[Emulator] -> [System]重新打開。
• [Connecting…]對話框：顯示啟動(dòng)處理的進(jìn)度。

四、調(diào)試功能

4.1 調(diào)試功能列表

瑞薩E1/E20仿真器調(diào)試器支持多種調(diào)試功能，包括程序下載、內(nèi)存訪問、斷點(diǎn)設(shè)置、跟蹤功能等。不同的操作模式（如[Writing the on - chip flash memory mode]和[Debugging mode]）支持的功能有所不同。

4.2 程序下載

選擇[Download]從[Debug]菜單或右鍵單擊[Download modules]中的加載模塊，選擇[Download]即可下載程序。下載前需要將程序注冊為加載模塊，注意指定的訪問大小應(yīng)為1字節(jié)。

4.3 打開源文件

可以通過選擇源文件并點(diǎn)擊[Open]按鈕或雙擊[Workspace]窗口中的源文件來打開源文件。在[Editor]窗口中，左側(cè)有[Source Address]、[On - Chip Breakpoint]、[S/W Breakpoint]等列，提供地址、斷點(diǎn)等信息。

4.4 內(nèi)存訪問功能

• 內(nèi)存讀寫：通過[Memory…]窗口可以進(jìn)行內(nèi)存內(nèi)容的顯示、變量顯示、數(shù)據(jù)保存和加載等操作，還支持自動(dòng)更新內(nèi)存數(shù)據(jù)。
• 其他內(nèi)存操作：包括內(nèi)存填充、移動(dòng)、比較、搜索等功能，但在操作時(shí)要注意數(shù)據(jù)大小的指定，避免出現(xiàn)錯(cuò)誤。

4.5 斷點(diǎn)功能

• 強(qiáng)制中斷：用于強(qiáng)制中斷用戶程序的執(zhí)行。
• S/W中斷：通過重寫指定地址的指令為調(diào)試專用指令來中斷程序，設(shè)置和移除S/W斷點(diǎn)會(huì)涉及內(nèi)存寫入。
• 片上中斷：包括預(yù)PC中斷、數(shù)據(jù)訪問中斷和跟蹤滿中斷等功能。

4.6 跟蹤功能

跟蹤功能可以獲取用戶程序執(zhí)行過程中的分支信息和數(shù)據(jù)訪問信息，幫助工程師分析程序執(zhí)行流程?？梢酝ㄟ^[View -> Code -> Trace]打開[Trace]窗口查看跟蹤結(jié)果，設(shè)置跟蹤條件包括跟蹤類型、開始條件、停止條件等。

4.7 狀態(tài)條

通過顯示[Status]條可以了解調(diào)試平臺的當(dāng)前狀態(tài)，包括PC狀態(tài)、任務(wù)ID、中斷條件、執(zhí)行時(shí)間等信息。

4.8 啟動(dòng)/停止功能

仿真器可以在用戶程序執(zhí)行前后執(zhí)行特定的例程，通過[Setup -> Emulator -> Start/stop Function Setting…]打開對話框進(jìn)行設(shè)置。但該功能有一些限制，如在指定例程執(zhí)行期間，部分調(diào)試功能無效。

五、教程示例

教程程序使用C語言編寫，對隨機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行排序。通過這個(gè)示例可以了解如何使用仿真器和調(diào)試器的各項(xiàng)功能，包括啟動(dòng)高性能嵌入式工作區(qū)、連接仿真器、下載教程程序、設(shè)置斷點(diǎn)、執(zhí)行程序、檢查斷點(diǎn)、更改寄存器內(nèi)容、查看符號和內(nèi)存內(nèi)容等。

六、使用注意事項(xiàng)

6.1 MCU資源使用

• 程序區(qū)域：不同型號的MCU有不同的程序區(qū)域用于仿真器，不要更改這些區(qū)域，否則仿真器可能無法控制MCU。
• 引腳使用：仿真器使用RESET#和MODE引腳控制MCU。
• 中斷使用：BRK指令中斷、地址匹配中斷、單步中斷和地址中斷被仿真器程序使用，用戶程序不要使用這些中斷。
• 堆棧區(qū)域：仿真器在用戶程序中斷期間使用最多8字節(jié)的堆棧指針，需要預(yù)留相應(yīng)的堆棧區(qū)域。
• SFR使用：部分SFR被仿真器程序使用，不要隨意更改其值。

6.2 復(fù)位問題

• 電源復(fù)位和電壓監(jiān)測0復(fù)位不能使用，否則仿真器會(huì)失控。
• 調(diào)試期間復(fù)位向量地址被仿真器程序使用，用戶程序運(yùn)行時(shí)顯示的是仿真器設(shè)置的值。
• MCU復(fù)位后，會(huì)先進(jìn)入仿真器程序，然后再重啟用戶程序，不同類型的復(fù)位行為有所不同。

6.3 內(nèi)部ROM區(qū)域

• 更改內(nèi)部ROM區(qū)域時(shí)，只有仿真器的內(nèi)部緩存會(huì)更新，更改內(nèi)容在用戶程序啟動(dòng)前才會(huì)反映到MCU中。
• 在CPU重寫模式下調(diào)試時(shí)，不要重寫特定區(qū)域的CPU，否則仿真器無法控制MCU。
• 仿真器進(jìn)行閃存內(nèi)存重寫時(shí)，不要對MCU進(jìn)行復(fù)位或調(diào)試操作。

6.4 電源供應(yīng)

E1仿真器不向用戶系統(tǒng)供電時(shí)，會(huì)消耗一定的電源電壓。在批量生產(chǎn)過程中，不建議使用E1仿真器的電源供應(yīng)功能，應(yīng)根據(jù)MCU的允許電壓單獨(dú)供電。

6.5 調(diào)試功能限制

• 單步執(zhí)行時(shí)，S/W斷點(diǎn)和片上斷點(diǎn)無效，部分指令的單步執(zhí)行有特殊限制。
• “Go to cursor”功能使用地址匹配中斷實(shí)現(xiàn)，執(zhí)行該命令時(shí)，所有斷點(diǎn)無效。
• 在停止模式或等待模式下調(diào)試時(shí)，要設(shè)置斷點(diǎn)并避免操作窗口，直到程序停止。

6.6 CAN模塊使用注意事項(xiàng)（僅適用于R8C/3xW和R8C/3xX）

• 使用CAN模塊時(shí)，CPU時(shí)鐘應(yīng)在4MHz或以上，否則可能出現(xiàn)通信錯(cuò)誤。
• 不要從內(nèi)存窗口等激活CAN模塊，不要進(jìn)入停止模式，否則可能導(dǎo)致通信錯(cuò)誤。
• 如果MCU的操作時(shí)鐘速度較低，設(shè)置或移除S/W斷點(diǎn)可能需要時(shí)間，建議優(yōu)先使用片上斷點(diǎn)。

瑞薩E1/E20仿真器是一款功能強(qiáng)大的調(diào)試工具，但在使用過程中需要注意各種細(xì)節(jié)和限制。通過仔細(xì)閱讀用戶手冊，掌握正確的使用方法和調(diào)試技巧，工程師可以更高效地進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)和調(diào)試。你在使用這款仿真器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享。