arm_blaster

2010-10　PIC18Fの実装：pic18blaster　ATtiny2313の実装：hid_blaster　STM8S（改）OpenOCDライター

STBEE MINIを使ってARM用JTAGアダプター(FlashROMへの書き込み、OpenOCD用デバッガ)を製作する。

https://raw.github.com/iruka-/ATMEL_AVR/master/web/jpg/ARM/frisk-jtag.jpg

  • STBEE MINIをFRISKのプラケースに入れて、基板を固定したところ


https://raw.github.com/iruka-/ATMEL_AVR/master/web/jpg/ARM/frisk1.jpg https://raw.github.com/iruka-/ATMEL_AVR/master/web/jpg/ARM/frisk2.jpg

  • 完成写真（配線の手間としては、抵抗４本と６ＰＩＮケーブルの接続だけです）

■ 概要

  これは、OpenOCD の DLL ハック（実験）です。
  即ち、外部に DLL を置いて、JTAGアダプターのドライバーの分離実装を試みています。

■ 現在のステータス

  STBEE MINIを使用した(OpenOCD用)JTAGアダプターがWindows上で動作します。

■ 試し方

  試行にはWindowsXPを用います。
  • STBEE MINIにはあらかじめブートローダーがインストールされているものとします。
  • 下記のファームウェアを書き込みます。 
     C:> armboot armblaster/firmware/main-2000.hex
  • armboot はarmon/armbootに含まれているほうの実行ファイルを使用してください。


  • STBEE MINIに元から書き込まれているDFUブートローダーのままで試したい場合は、dfuw.exeを使って、以下のファームを書き込んでください。 
     armblaster/firmware/main-3000.hex
  • main-2000.hexとの違いは、開始番地が3000に変更されているのみです。


  • JTAGが使用できる適当なARM基板を以下のような対応でJTAG接続しておきます。
  • 結線は、 
        STBEE MINI      ターゲットARM基板 JTAG端子
          PB11  ------------- TCK
          PB10  ------------- TDI
          PB9   ------------- TDO
          PB8   ------------- TMS
  • となります。これ以外のnTRSTピンなどはまだサポートしていません。(USB-Blasterと同様) 
    また、上記結線は直結ではなく１００Ω程度の抵抗を介して接続するようにしてください。
  • armblaster/openocd/ ディレクトリの ocd.bat あるいは、 ocd2.bat を起動して、openocd.exeの吐き出すメッセージを確認することが出来ます。
  • 正常に接続出来ているようでしたら、telnetで localhost:4444 番に接続して、OpenOCDコマンドを実行してみてください。

■ ディレクトリ構成

armblaster-+
           |
           +- firmware\       STBEE MINI用ファームウェア.
           +- HW\             STBEE MINI用ファームウェアのビルドに必要なライブラリ
           +- inc\            STBEE MINI用ファームウェアのビルドに必要なヘッダー
           |
           +- openocd -+      STBEE MINI用 openocd.exe と hidblast.dllソース.
           |           |
           |           +--helper\   ヘッダーファイル.
           |           +--jtag\     ヘッダーファイル.
           |           |
           |           +--openocd_patch\  openocd本体側作成用の改造点
           |
           |
           |
           +- tools ---+--armon\      armon (動作確認用モニタ)
                       |
                       +--avrwriter\  AVRライター (HIDaspx互換)
                       |
                       +--picwriter\  PICライター (pic18spx互換)
                       |
                       +--picwriter24\ PIC24Fライター

■ プログラムの再ビルド方法

  WindowsXP上のMinGW-gccコンパイラを用いて openocd/ ディレクトリにて makeしてください。
  makeすると、hidblast.dll が作成されます。
  • openocd.exe本体を再ビルドする方法は、ここを参照してください。 
      
  今回の改造部分ソースはopenocd_patch/ ディレクトリに置いています。
  Linux上でのビルドオプションは、こんな感じです。
  $ ./configure \
      --build=i686-pc-linux-gnu \
      --host=i586-mingw32msvc \
      --enable-maintainer-mode \
      --enable-dummy
  出来上がった openocd.exe 本体は、ドライバーとして、同一ディレクトリに存在する hidblast.dll を
  起動時に呼び出します。(存在しなければ、dummyドライバーのみが組み込まれます)

■ 現状の問題点

  • HIDデバイスなので遅いです。
  • Flashの書き込みがやや遅いです。
  • USBデバイスの文字列名称が "ARM32spx" --> "ARMblast" に変更になっていますので、armonを使用する場合は、この配布ファイル内のarmon.exe を使用してください。
  • (名称変更の理由は、書き込みターゲットのファームウェアがarmon/armbootの場合に そちらに接続されてしまい誤動作するので変更しました。)

■ ライセンス

  OpenOCDの配布ライセンスに準じます。

■ 展望

  • hidblast.dll ファイルを(自力で)差し替えるだけで、これ以外のJTAG自作書き込み器をサポートすることが可能になります。
    • OpenOCD本体ソースに変更を加えることなく、自由にドライバー作成できるようになります。
    • OpenOCD本体ソースには殆ど手をつけていませんので、今後のOpenOCDの変更点に追従する手間はほとんど要りません。
    • （ただしjtag_command_queueの構造が変わった場合はもろに影響を受けますが・・・）
  • hidblast.dll のエントリーポイントは、 
         DLL_int get_if_spec(struct jtag_command **q);
  • だけです。
  • 引数のstruct jtag_command **qのqには、openocd本体のjtag_command_queueというグローバル変数のアドレスを渡します。
  • 戻り値は、(intになっていますが) ドライバー記述構造体のアドレスになります。
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ダウンロード(仮)

armblaster.zipWindowsXP,MinGW用ソース、実行ファイル、AVR側ファームウェア、openocd本体改造パッチ
  • 数日おきに更新していますので、古いと思ったら最新を取得してみてください。



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ARM以外の書き込みターゲットについて

  • 現状のarmblasterは、pic18spxベースの汎用ライターにJTAGコマンドを付け足しただけのものですので、
  • 多くのATMEL製AVRチップとMicrochip製PIC18Fシリーズ、そして一部のPIC24Fシリーズへの書き込み機能を備えています。
  • コマンドライン版書き込みツールはpic18spxのものを簡単に移植することが出来ます が、今のところまだ用意できていません。
    • 用意しました。 
      armblaster/tools/avrwriter/
                |
                /picwriter/
                |
                /picwriter24/
  • AVR,PIC18Fを焼く場合の結線図 
        STBEE MINI    ARMターゲットのJTAG端子    PIC18F   AVR 
          PB11  ------------- TCK ---------- PGC  --- SCK
          PB10  ------------- TDI ---------- PGM  --- MOSI
          PB9   ------------- TDO ---------- PGD  --- MISO
          PB8   ------------- TMS ---------- MCLR --- RESET
  • 上記結線は直結ではなくSTBEE MINIからは１００Ω程度の抵抗を介して接続するようにしてください。
  • PIC18Fは低電圧書き込みのみをサポートします。高電圧（9V〜12V デバイスによって異なります)書き込みは出来ません。

参考

  • AVR-ISP用:ピンヘッダーを基板上から見た配置 
       5    3    1
 +----+----+----+
 |Rset|SCK |MISO|
 +----+----+----+
 |GND |MOSI|Vcc |
 +----+----+----+
   6    4    2
  • PIC18FのISPにもそのまま使いまわし 
       5    3    1
 +----+----+----+
 |MCLR|PGC |PGD |
 +----+----+----+
 |GND |PGM |Vcc |
 +----+----+----+
   6    4    2
  • それをまたARM(JTAG)にも使いまわし 
       5    3    1
 +----+----+----+
 |TMS |TCK |TDO |
 +----+----+----+
 |GND |TDI |Vcc |
 +----+----+----+
   6    4    2



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STBEE MINI以外の基板への移植について。

  • STM8S-D,CQ-STARM,STBEE,STBEE MINIの４機種の基板については全てarmon/armbootを移植済みです。
  • なので、armblasterの移植も簡単に出来ると思います。
  • JTAG,AVR-ISP,PIC18書き込み用の端子(STBEE MINIではPB8〜PB11)をそれぞれの基板の都合の良い位置に割り付ける作業は、おそらく定義ファイルを書き換えるだけで済みます。(ポートの制御はArduino風にdigitalRead(pin)とdigitalWrite(pin,level)で行なっていますので、pinの定義が変わるだけで対応可能です)
  • Makefileにはすでに基板の種別定義が含まれていますので基板名のdefineを書き換えるだけですみます。
  • ただし、FRISKケースに入る基板は今のところSTBEE MINIだけしか対応できません。



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JTAGコマンドの追加とプロトコルについて

  • hidcmd.h 
    #define HIDASP_JTAG_WRITE	  0x18	//JTAG 書き込み.
#define HIDASP_JTAG_READ	  0x19	//JTAG 読み書き.
  • が追加されてます。
  • HidReportの下りストリーム(PC->AVR) サイズは最大64バイトまでです. 
    +------+------+-------------------+------+-------------------+------+-------------+-----+
| 0x18 | jcmd |  data列           | jcmd |  data列           | jcmd |  data列     | 0x00|
+------+------+-------------------+------+-------------------+------+-------------+-----+
  • jcmdの1バイトは以下のように定義（その１） 
    bit 7   6   5   4   3   2   1   0  
  +---+---+---+---+---+---+---+---+
  | 0 | b6| JTAG転送bit数(TDIの数)|   ＋ JTAG転送bit数分の TDIビット（LSBファースト）  
  +---+---+---+---+---+---+---+---+
    • b6はTDI送出の最終bitでTMSを1にするなら1 しないなら 0 ： TMSは最終bit以外は常時0


  • jcmdの1バイトは以下のように定義（その２） 
    bit 7   6   5   4   3   2   1   0  
  +---+---+---+---+---+---+---+---+
  | 1 |BITBANG転送回数(後続byte数)|   ＋ BITBANG転送回数分(byte数)のデータ
  +---+---+---+---+---+---+---+---+
  • BITBANGデータの１回分は、TCK=LOWのサンプルとTCK=HIGHのサンプルをパックしたデータ。 
    bit 7   6   5   4   3   2   1   0  
  +---+---+---+---+---+---+---+---+
  |TCK|TDI| - |TMS|TCK|TDI| - |TMS|  （上位４ビットが最初にセットされ、次に下位４ビットがセットされます）
  +---+---+---+---+---+---+---+---+
  • TCKを変化させたくないときは、両方のTCKビットを同じ値にします。



  • HidReportの登りストリーム(AVR->PC) サイズは最大64バイトまで. HIDASP_JTAG_READ発行時のみ折り返し返送されます. 
    +----------------------------------------+
| JTAG受信データ(TDOの読み取りビット列)  |  （最大64バイトまで）
+----------------------------------------+
    • ビット列はLSBファースト. 送信されたTDIビット列とそのまま対応しています.

その他補足

#define HIDASP_JTAG_READ	  0x19	//JTAG 読み書き.
  • を実行するときは、HidReportの下りストリーム(PC->AVR)を単純な形式（１コマンドのみ）にします。 
    +------+------+-------------------+------+
| 0x19 | jcmd |  data列           | 0x00 |
+------+------+-------------------+------+
  • jcmdがBitBangモードのときは、返答データはありません。JTAG(TDI列)のときのみ(TDO列)を返します。
  • JTAGストリームが長い場合(56bit以上のTDIを送ってTDOを受け取る)は、56bit単位に分割転送します。
  • その場合、最後のストリームの最終bitのみ、TMSを1にする処理が入ります。(b6=1のパケットを用意します)


  • armblasterのファームを再ビルドするときは、CodeSourcery G++ Lite を使用してください。




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OpenOCDの簡単な使い方

  • 起動したらまず、localhost:4444番ポートにtelnetで(TeraTermなどを使って)繋いでください。
  • TeraTermから、以下のようなコマンドをタイプすると、結果が表示されます。
    OpenOCDコマンド意味
    scan_chain接続されているＴＡＰのリストを見る。
    reset haltターゲットCPUをHALTさせる
    regターゲットCPUのレジスタを見る
    mdw アドレス カウントdisplay memory words <addr> [count]メモリーダンプ
    stepＣＰＵをステップ実行させる
    flash write_image erase main.hexmain.hexをFLASH ROMに書き込む(そのまえにCPUをHALTにしておきます)


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OpenOCDのWindows版をLinux上からクロスビルドする方法。



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参考文献(LINK)

OpenOCDが動くまで (kimura Lab)

OpenOCD (ベストテクノロジーさん)

OpenOCD本家