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深入淺出剖析H橋驅(qū)動(dòng)電路

h1654155149.6853 ? 來源:小麥大叔 ? 作者:菜刀和小麥 ? 2021-10-08 09:59 ? 次閱讀

什么是H橋?H橋是一個(gè)比較簡(jiǎn)單的電路,通常它會(huì)包含四個(gè)獨(dú)立控制的開關(guān)元器件(例如MOS-FET),它們通常用于驅(qū)動(dòng)電流較大的負(fù)載,比如電機(jī),至于為什么要叫H橋(H-Bridge),因?yàn)殚L得比較像字母H,具體如下圖所示;

這里有四個(gè)開關(guān)元器件Q1,Q2,Q3,Q4,另外還有一個(gè)直流電機(jī)M,D1,D2,D3,D4是MOS-FET的續(xù)流二極管;

開關(guān)狀態(tài)下面以控制一個(gè)直流電機(jī)為例,對(duì)H橋的幾種開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹,其中正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)是人為規(guī)定的方向,實(shí)際工程中按照實(shí)際情況進(jìn)行劃分即可;

正轉(zhuǎn)通常H橋用來驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載,這里我們來驅(qū)動(dòng)一個(gè)直流電機(jī);

打開Q1和Q4;

關(guān)閉Q2和Q3;

此時(shí)假設(shè)電機(jī)正轉(zhuǎn),這電流依次經(jīng)過Q1,M,Q4,在圖中使用黃色線段進(jìn)行標(biāo)注,具體如下圖所示;

正轉(zhuǎn)

反轉(zhuǎn)另外一種狀態(tài)則是電機(jī)反轉(zhuǎn);此時(shí)四個(gè)開關(guān)元器件的狀態(tài)如下;

關(guān)閉Q1和Q4;

打開Q2和Q3;

此時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)(與前面介紹的情況相反),這電流依次經(jīng)過Q2,M,Q3,在圖中使用黃色線段進(jìn)行標(biāo)注,具體如下圖所示;

反轉(zhuǎn)

調(diào)速如果要對(duì)直流電機(jī)調(diào)速,其中的一種方案就是;

關(guān)閉Q2,Q3;

打開Q1,Q4上給它輸入50%占空比的PWM波形,這樣就達(dá)到了降低轉(zhuǎn)速的效果,如果需要增加轉(zhuǎn)速,則將輸入PWM的占空比設(shè)置為100%;

具體如下所示;

停止?fàn)顟B(tài)這里以電機(jī)從正轉(zhuǎn)切換到停止?fàn)顟B(tài)為例;

正轉(zhuǎn)情況下;Q1和Q4是打開狀態(tài);

這時(shí)候如果關(guān)閉Q1和Q4,直流電機(jī)內(nèi)部可以等效成電感,也就是感性負(fù)載,電流不會(huì)突變,那么電流將繼續(xù)保持原來的方向進(jìn)行流動(dòng),這時(shí)候我們希望電機(jī)里的電流可以快速衰減;

這里有兩種辦法:

第一種:關(guān)閉Q1和Q4,這時(shí)候電流仍然會(huì)通過反向續(xù)流二極管進(jìn)行流動(dòng),此時(shí)短暫打開Q1和Q3從而達(dá)到快速衰減電流的目的;

第二種:準(zhǔn)備停止的時(shí)候,關(guān)閉Q1,打開Q2,這時(shí)候電流并不會(huì)衰減地很快,電流循環(huán)在Q2,M,Q4之間流動(dòng),通過MOS-FET的內(nèi)阻將電能消耗掉;

應(yīng)用實(shí)際使用的時(shí)候,用分立元件制作H橋是很麻煩的,市面上已經(jīng)有很多比較常用的IC方案,比如常用的L293D、L298N、TA7257P、SN754410等。接上電源、電機(jī),通過輸入控制信號(hào)就可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)了;

這個(gè)模塊有一個(gè)板載5V穩(wěn)壓器,該穩(wěn)壓器可使用跳線的方式進(jìn)行使能。

如果電機(jī)電源電壓高達(dá)12V,我們可以啟用5V穩(wěn)壓器,并且5V引腳可以用作輸出,例如給Arduino板供電。

但是,如果電動(dòng)機(jī)電壓大于12V,則必須斷開跳線,因?yàn)檫@些電壓會(huì)損壞板載5V穩(wěn)壓器。

在這種情況下,5V引腳將用作輸入,因?yàn)槲覀冃枰獙⑵溥B接到5V電源,以使IC正常工作。

我們?cè)谶@里可以注意到,該IC的電壓降約為2V。因此,如果使用12V電源,則電動(dòng)機(jī)端子上的電壓約為10V,這意味著我們將無法從12V直流電動(dòng)機(jī)中獲得最大速度。

#defineenA9
#definein16
#definein27
#definebutton4

introtDirection=0;
intpressed=false;

voidsetup(){
pinMode(enA,OUTPUT);
pinMode(in1,OUTPUT);
pinMode(in2,OUTPUT);
pinMode(button,INPUT);
//Setinitialrotationdirection
digitalWrite(in1,LOW);
digitalWrite(in2,HIGH);
}

voidloop(){
//Readpotentiometervalue
intpotValue=analogRead(A0);
//Mapthepotentiometervaluefrom0to255
intpwmOutput=map(potValue,0,1023,0,255);
//SendPWMsignaltoL298NEnablepin
analogWrite(enA,pwmOutput);

//Readbutton-Debounce
if(digitalRead(button)==true){
pressed=!pressed;
}
while(digitalRead(button)==true);
delay(20);

//Ifbuttonispressed-changerotationdirection
if(pressed==true&rotDirection==0){
digitalWrite(in1,HIGH);
digitalWrite(in2,LOW);
rotDirection=1;
delay(20);
}
//Ifbuttonispressed-changerotationdirection
if(pressed==false&rotDirection==1){
digitalWrite(in1,LOW);
digitalWrite(in2,HIGH);
rotDirection=0;
delay(20);
}
}

簡(jiǎn)單描述一下:首先我們需要定義程序所需的引腳和變量。

在setup()中,我們需要設(shè)置引腳模式和電機(jī)的初始旋轉(zhuǎn)方向。

在loop()中,我們先讀取電位器值,然后將從中獲得的值從0到1023變化,線性映射到PWM信號(hào)的0到255的值,將其從0到100%的占空比。

然后使用analogWrite()函數(shù)將PWM信號(hào)發(fā)送到L298N板的Enable引腳,該引腳實(shí)際上驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。

接下來,我們檢查是否按下了按鈕,如果是的話,我們將輸入1和輸入2的狀態(tài)反置,從而改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。該按鈕將用作切換按鈕,每次按下該按鈕都會(huì)改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。

總結(jié)本文簡(jiǎn)單介紹了H橋的原理,并以直流電機(jī)為例簡(jiǎn)單介紹了驅(qū)動(dòng)的狀態(tài),整體比較簡(jiǎn)單,適合新手玩家,最后給出了基于Arduino和L298N的驅(qū)動(dòng)示例,僅供參考。

簡(jiǎn)單描述一下:首先我們需要定義程序所需的引腳和變量。

在setup()中,我們需要設(shè)置引腳模式和電機(jī)的初始旋轉(zhuǎn)方向。

在loop()中,我們先讀取電位器值,然后將從中獲得的值從0到1023變化,線性映射到PWM信號(hào)的0到255的值,將其從0到100%的占空比。

然后使用analogWrite()函數(shù)將PWM信號(hào)發(fā)送到L298N板的Enable引腳,該引腳實(shí)際上驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。

接下來,我們檢查是否按下了按鈕,如果是的話,我們將輸入1和輸入2的狀態(tài)反置,從而改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。該按鈕將用作切換按鈕,每次按下該按鈕都會(huì)改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。

總結(jié)本文簡(jiǎn)單介紹了H橋的原理,并以直流電機(jī)為例簡(jiǎn)單介紹了驅(qū)動(dòng)的狀態(tài),整體比較簡(jiǎn)單,適合新手玩家,最后給出了基于Arduino和L298N的驅(qū)動(dòng)示例,僅供參考。

編輯:jq


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原文標(biāo)題:干貨 | 深入淺出講解H橋驅(qū)動(dòng)電路

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箭頭上的0或1表示的是TMS信號(hào)的電平。JTAG在每一個(gè)TCK信號(hào)的上升沿采樣TMS信號(hào)和TDI信號(hào),決定狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)是否發(fā)生變化,在每一個(gè)TCK信號(hào)的下降沿輸出TDO信號(hào)。可以看到,無論TAP目前處于哪一個(gè)狀態(tài),只要TMS保持高電平并持續(xù)5個(gè)TCK時(shí)鐘,則TAP一定會(huì)回到Test-Logic-Reset狀態(tài)。 JTAG內(nèi)部有一個(gè)IR(instruction register)寄存器和多個(gè)DR(data register)寄存器,IR寄存器決定要訪問的是哪一個(gè)DR寄存器。DR寄存器有IDCODE、BYPASS等。在Test-Logic-Reset狀態(tài)下IR寄存器默認(rèn)選擇的是IDCODE這個(gè)DR寄存器。 JTAG主機(jī)通過IR SCAN設(shè)置IR寄存器的值,然后通過DR SCAN來讀、寫相應(yīng)的DR寄存器。 二、RISC-V調(diào)試Spec 調(diào)試模塊在CPU芯片設(shè)計(jì)里是最為不起眼的,但又是最為復(fù)雜的模塊之一,大部分開源的處理器IP都沒有調(diào)試模塊。 下面的內(nèi)容基于RISC-V debug spec 0.13版本。 目前RISC-V的官方調(diào)試上位機(jī)是openocd,調(diào)試工具可以是JLink或者CMSIS-DAP,RISC-V調(diào)試系統(tǒng)框架如圖3所示。 圖3 RISC-V調(diào)試系統(tǒng)框架 可以看到主要分為3個(gè)部分,分別是Debug Host,可以理解為PC;Debug Hardware,可以理解為JLink或者CMSIS-DAP這樣的調(diào)試工具;第三部分就是嵌入在芯片內(nèi)部的調(diào)試模塊。在調(diào)試模塊內(nèi)部,與調(diào)試工具直接交互的是DTM模塊,DTM模塊通過DMI接口與DM模塊交互。 1>DTM模塊 在DTM模塊里實(shí)現(xiàn)了一個(gè)TAP控制器(狀態(tài)機(jī)),其中IR寄存器的長度最少為5位,當(dāng)TAP控制器復(fù)位時(shí),IR的值默認(rèn)為5\'b00001,即選擇的是IDCODE寄存器。DTM模塊的寄存器(DR寄存器)定義如圖4所示。 圖4 DTM寄存器 其中紅色框起來的寄存器是必須要實(shí)現(xiàn)的。下面簡(jiǎn)單介紹一下這幾個(gè)寄存器。 ① IDCODE寄存器(0x01) 當(dāng)TAP狀態(tài)機(jī)復(fù)位時(shí),IR寄存器的值默認(rèn)為0x01,即選擇的是IDCODE寄存器。IDCODE寄存器的每一位含義如圖5所示。IDCODE是只讀寄存器。 圖5 IDCODE寄存器 ● Version:只讀,版本號(hào),可為任意值。 ● PartNumber:只讀,可為任意值。 ● Manufld:只讀,廠商號(hào),遵循JEP106標(biāo)準(zhǔn)分配,實(shí)際中可為任意值,只要不與已分配的廠商號(hào)沖突即可。 ② DTM控制和狀態(tài)寄存器(dtmcs,0x10) dtmcs寄存器的每一位含義如圖6所示。 圖6 dtmcs寄存器 ● dmihardreset:DTM模塊硬復(fù)位,寫1有效。 ● dmireset:清除出錯(cuò),寫1有效。 ● idle:只讀,JTAG 主機(jī)在Run-Test-Idle狀態(tài)停留的時(shí)鐘周期數(shù),0表示不需要進(jìn)入Run-Test-Idle狀態(tài),1表示進(jìn)入Run-Test-Idle狀態(tài)后可以馬上進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài),以此類推。 ● dmistat:只讀,上一次操作的狀態(tài)。0表示無出錯(cuò),1或者2表示操作出錯(cuò),3表示操作還未完成。 ● abits:只讀,dmi寄存器中address域的大小(位數(shù))。 ● version:只讀,實(shí)現(xiàn)所對(duì)應(yīng)的spec版本,0表示0.11版本,1表示0.13版本。 ③ DM模塊接口訪問寄存器(dmi,0x11) dmi寄存器的每一位含義如圖7所示。 圖7 dmi寄存器 ● address:可讀可寫,DM寄存器的長度(位數(shù))。 ● data:可讀可寫,往DM寄存器讀、寫的數(shù)據(jù),固定為32位。 ● op:可讀可寫,讀或者寫這個(gè)域時(shí)有不同的含義。當(dāng)寫這個(gè)域時(shí),寫0表示忽略address和data的值,相當(dāng)于nop操作;寫1表示從address指定的寄存器讀數(shù)據(jù);寫2表示把data的數(shù)據(jù)寫到address指定的寄存器。寫3為保留值。當(dāng)讀這個(gè)域時(shí),0表示上一個(gè)操作正確完成;1為保留值;2表示上一個(gè)操作失敗,這個(gè)狀態(tài)是會(huì)被記住的,因此需要往dtmcs寄存器的dmireset域?qū)?才能清除這個(gè)狀態(tài)。3表示上一個(gè)操作還未完成。 在Update-DR狀態(tài)時(shí),DTM開始執(zhí)行op指定的操作。在Capture-DR狀態(tài)時(shí),DTM更新data域。 ④ BYPASS寄存器(0x1f) 只讀,長度為1,值固定為0。 2>DM模塊 從圖3可知,DM模塊訪問RISC-V Core有兩種方式,一種是通過abstract command,另一種是通過system bus。abstract command方式是必須要實(shí)現(xiàn)的,system bus的方式是可選的。 DM模塊的寄存器都為32位,定義如圖8所示。 圖8 DM寄存器 下面介紹一下紅色框起來這幾個(gè)重要的寄存器。 ① data寄存器(data0-data11,0x04-0x0f) 這12個(gè)寄存器是用于abstract command的數(shù)據(jù)寄存器,長度為32位,可讀可寫。 ② DM控制寄存器(dmcontrol,0x10) dmcontrol寄存器的每一位含義如圖9所示。 圖9 dmcontrol寄存器 ● haltreq:只寫,寫1表示halt(暫停)當(dāng)前hart(hart表示CPU核,存在多核的情況)。 ● resumereq:只能寫1,寫1表示resume(恢復(fù))當(dāng)前hart,即go。 ● hartreset:可讀可寫,寫1表示復(fù)位DM模塊,寫0表示撤銷復(fù)位,這是一個(gè)可選的位。 ● ackhavereset:只能寫1,寫1表示清除當(dāng)前hart的havereset狀態(tài)。 ● hasel:可讀可寫,0表示當(dāng)前只有一個(gè)已經(jīng)被選擇了的hart,1表示當(dāng)前可能有多個(gè)已經(jīng)被選擇了的hart。 ● hartsello:可讀可寫,當(dāng)前選擇的hart的低10位。1位表示一個(gè)hart。 ● hartselhi:可讀可寫,當(dāng)前選擇的hart的高10位。1位表示一個(gè)hart。如果只有一個(gè)hart,那么hasel的值為0,hartsello的值為1,hartselhi的值為0。 ● setresethaltreq:只能寫1,寫1表示當(dāng)前選擇的hart復(fù)位后處于harted狀態(tài)。 ● clrresethaltreq:只能寫1,寫1表示清除setresethaltreq的值。 ● ndmreset:可讀可寫,寫1表示復(fù)位整個(gè)系統(tǒng),寫0表示撤銷復(fù)位。 ● dmactive:可讀可寫,寫0表示復(fù)位DM模塊,寫1表示讓DM模塊正常工作。正常調(diào)試時(shí),此位必須為1。 ③ DM狀態(tài)寄存器(dmstatus,0x11) dmstatus寄存器是一個(gè)只讀寄存器,每一位含義如圖10所示。 圖10 dmstatus寄存器 ● impebreak:1表示執(zhí)行完progbuf的指令后自動(dòng)插入一條ebreak指令,這樣就可以節(jié)省一個(gè)progbuf。當(dāng)progbufsize的值為1時(shí),此值必須為1。 ● allhavereset:1表示當(dāng)前選擇的hart已經(jīng)復(fù)位。 ● anyhavereset:1表示當(dāng)前選擇的hart至少有一個(gè)已經(jīng)復(fù)位。 ● allresumeack:1表示當(dāng)前選擇的所有hart已經(jīng)應(yīng)答上一次的resume請(qǐng)求。 ● anyresumeack:1表示當(dāng)前選擇的hart至少有一個(gè)已經(jīng)應(yīng)答上一次的resume請(qǐng)求。 ● allnonexistent:1表示當(dāng)前選擇的hart不存在于當(dāng)前平臺(tái)。 ● anynonexistent:1表示至少有一個(gè)選擇了的hart不存在于當(dāng)前平臺(tái)。 ● allunavail:1表示當(dāng)前選擇的hart都不可用。 ● anyunavail:1表示至少有一個(gè)選擇了的hart不可用。 ● allrunning:1表示當(dāng)前選擇的hart都處于running狀態(tài)。 ● anyrunning:1表示至少有一個(gè)選擇了的hart處于running狀態(tài)。 ● allhalted:1表示當(dāng)前選擇的hart都處于halted狀態(tài)。 ● anyhalted:1表示至少有一個(gè)選擇了的hart處于halted狀態(tài)。 ● authenticated:0表示使用DM模塊之前需要進(jìn)行認(rèn)證,1表示已經(jīng)通過認(rèn)證。 ● authbusy:0表示可以進(jìn)行正常的認(rèn)證,1表示認(rèn)證處于忙狀態(tài)。 ● hasresethaltreq:1表示DM模塊支持復(fù)位后處于halted狀態(tài),0表示不支持。 ● confstrptrvalid:1表示confstrptr0~3寄存器保存了配置字符串的地址。 ● version:0表示DM模塊不存在,1表示DM模塊的版本為0.11,2表示DM模塊的版本為0.13。 ④ abstract控制和狀態(tài)寄存器(abstractcs,0x16) abstractcs寄存器定義如圖11所示。 圖11 abstractcs寄存器 ● progbufsize:只讀,program buffer的個(gè)數(shù),取值范圍為0~16,每一個(gè)的大小為32位。 ● busy:只讀,1表示abstract命令正在執(zhí)行,當(dāng)寫command寄存器后該位應(yīng)該馬上被置位直到命令執(zhí)行完成。 ● cmderr:可讀、只能寫1,cmderr的值僅當(dāng)busy位為0時(shí)有效。0表示無錯(cuò)誤,1表示正在操作command、abstractcs、data或者progbuf寄存器,2表示不支持當(dāng)前命令,3表示執(zhí)行命令時(shí)出現(xiàn)異常,4表示由于當(dāng)前hart不可用,或者不是處于halted/running狀態(tài)而不能被執(zhí)行,5表示由于總線出錯(cuò)(對(duì)齊、訪問大小、超時(shí))導(dǎo)致的錯(cuò)誤,7表示其他錯(cuò)誤。寫1清零cmderr。 ● datacount:只讀,所實(shí)現(xiàn)的data寄存器的個(gè)數(shù)。 ⑤ abstract命令寄存器(command,0x17) 當(dāng)寫這個(gè)寄存器時(shí),相應(yīng)的操作就會(huì)被執(zhí)行。command寄存器只能寫,定義如圖12所示。 圖12 command寄存器 ● cmdtype:只寫,命令類型,0為表示訪問寄存器,1表示快速訪問,2表示訪問內(nèi)存。 ● control:只寫,不同的命令類型有不同的含義,說明如下。 當(dāng)cmdtype為0時(shí),control定義如圖13所示。 圖13 訪問寄存器 ● cmdtype:值為0。 ● aarsize:2表示訪問寄存器的最低32位,3表示訪問寄存器的最低64位,4表示訪問寄存器的最低128位。如果大于實(shí)際寄存器的大小則此次訪問是失敗的。 ● aarpostincrement:1表示成功訪問寄存器后自動(dòng)增加regno的值。 ● postexec:1表示執(zhí)行progbuf里的內(nèi)容(指令)。 ● transfer:0表示不執(zhí)行write指定的操作,1表示執(zhí)行write指定的操作。 ● write:0表示從指定的寄存器拷貝數(shù)據(jù)到arg0指定的data寄存器。1表示從arg0指定的data寄存器拷貝數(shù)據(jù)到指定的寄存器。 ● regno:要訪問的寄存器。 綜上,可知: Ⅰ. 當(dāng)write=0,transfer=1時(shí),從regno指定的寄存器拷貝數(shù)據(jù)到arg0對(duì)應(yīng)的data寄存器。 Ⅱ. 當(dāng)write=1,transfer=1時(shí),從arg0對(duì)應(yīng)的data寄存器拷貝數(shù)據(jù)到regno指定的寄存器。 Ⅲ. 當(dāng)aarpostincrement=1時(shí),將regno的值加1。 Ⅳ. 當(dāng)postexec=1時(shí),執(zhí)行progbuf寄存器里的指令。 arg對(duì)應(yīng)的data寄存器如圖14所示。 圖14 arg對(duì)應(yīng)的data寄存器 即當(dāng)訪問的寄存器位數(shù)為32位時(shí),arg0對(duì)應(yīng)data0寄存器,arg1對(duì)應(yīng)data1寄存器,arg2對(duì)應(yīng)data2寄存器。 當(dāng)cmdtype為1時(shí),control定義如圖15所示。 圖15 快速訪問 ● cmdtyte:值為1。 此命令會(huì)執(zhí)行以下操作: 1)halt住當(dāng)前hart。 2)執(zhí)行progbuf寄存器里的指令。 3)resume當(dāng)前hart。 當(dāng)cmdtype為2時(shí),control定義如圖16所示。 圖16 訪問內(nèi)存 ● cmdtype:值為2。 ● aamvirtual:0表示訪問的是物理地址,1表示訪問的是虛擬地址。 ● aamsize:0表示訪問內(nèi)存的低8位,1表示訪問內(nèi)存的低16位,2表示訪問內(nèi)存的低32位,3表示訪問內(nèi)存的低64位,4表示訪問內(nèi)存的低128位。 ● aampostincrement:1表示訪問成功后,將arg1對(duì)應(yīng)的data寄存器的值加上aamsize對(duì)應(yīng)的字節(jié)數(shù)。 ● write:0表示從arg1指定的地址拷貝數(shù)據(jù)到arg0指定的data寄存器,1表示從arg0指定的data寄存器拷貝數(shù)據(jù)到arg1指定的地址。 ● target-specific:保留。 綜上,可知: Ⅰ. 當(dāng)write=0時(shí),從arg1指定的地址拷貝數(shù)據(jù)到arg0指定的data寄存器。 Ⅱ. 當(dāng)write=1時(shí),從arg0指定的data寄存器拷貝數(shù)據(jù)到arg1指定的地址。 Ⅲ. 當(dāng)aampostincrement=1時(shí),增加arg1對(duì)應(yīng)的data寄存器的值。 ⑥ 系統(tǒng)總線訪問控制和狀態(tài)寄存器(sbcs,0x38) sbcs寄存器定義如圖17所示。 圖17 sbcs寄存器 ● sbversion:只讀,0表示system bus是2018.1.1之前的版本,1表示當(dāng)前debug spec的版本,即0.13版本。 ● sbbusyerror:只讀,寫1清零,當(dāng)debugger要進(jìn)行system bus訪問操作時(shí),如果上一次的system bus訪問還在進(jìn)行中,此時(shí)會(huì)置位該位。 ● sbbusy:只讀,1表示system bus正在忙。在進(jìn)行system bus訪問前必須確保該位為0。 ● sbreadonaddr:可讀可寫,1表示每次往sbaddress0寄存器寫數(shù)據(jù)時(shí),將會(huì)自動(dòng)觸發(fā)system bus從新的地址讀取數(shù)據(jù)。 ● sbaccess:可讀可寫,訪問的數(shù)據(jù)寬度,0表示8位,1表示16位,2表示32位,3表示64位,4表示128位。 ● sbautoincrement:可讀可寫,1表示每次system bus訪問后自動(dòng)將sbaddress的值加上sbaccess的大小(字節(jié))。 ● sbreadondata:可讀可寫,1表示每次從sbdata0寄存器讀數(shù)據(jù)后將自動(dòng)觸發(fā)system bus從新的地址讀取數(shù)據(jù)。 ● sberror:可讀,寫1清零,0表示無錯(cuò)誤,1表示超時(shí),2表示訪問地址錯(cuò)誤,3表示地址對(duì)齊錯(cuò)誤,4表示訪問大小錯(cuò)誤,7表示其他錯(cuò)誤。 ● sbasize:只讀,system bus地址寬度(位數(shù)),0表示不支持system bus訪問。 ● sbaccess128:只讀,1表示system bus支持128位訪問。 ● sbaccess64:只讀,1表示system bus支持64位訪問。 ● sbaccess32:只讀,1表示system bus支持32位訪問。 ● sbaccess16:只讀,1表示system bus支持16位訪問。 ● sbaccess8:只讀,1表示system bus支持8位訪問。 ⑦ 系統(tǒng)總線地址0寄存器(sbaddress0,0x39) 可讀可寫,如果sbcs寄存器中的sbasize的值為0,那么此寄存器可以不用實(shí)現(xiàn)。 當(dāng)寫該寄存器時(shí),會(huì)執(zhí)行以下流程: Ⅰ. 設(shè)置sbcs.sbbusy的值為1。 Ⅱ. 從新的sbaddress地址讀取數(shù)據(jù)。 Ⅲ. 如果讀取成功并且sbcs.sbautoincrement的值為1,則增加sbaddress的值。 Ⅳ. 設(shè)置sbcs.sbbusy的值為0。 ⑧ 系統(tǒng)總線數(shù)據(jù)0寄存器(sbdata0,0x3c) 可讀可寫,如果sbcs寄存器中的所有sbaccessxx的值都為0,那么此寄存器可以不用實(shí)現(xiàn)。 當(dāng)寫該寄存器時(shí),會(huì)執(zhí)行以下流程: Ⅰ. 設(shè)置sbcs.sbbusy的值為1。 Ⅱ. 將sbdata的值寫到sbaddress指定的地址。 Ⅲ. 如果寫成功并且sbcs.sbautoincrement的值為1,則增加sbaddress的值。 Ⅳ. 設(shè)置sbcs.sbbusy的值為0。 當(dāng)讀該寄存器時(shí),會(huì)執(zhí)行以下流程: Ⅰ. 準(zhǔn)備返回讀取的數(shù)據(jù)。 Ⅱ. 設(shè)置sbcs.sbbusy的值為1。 Ⅲ. 如果sbcs.sbautoincrement的值為1,則增加sbaddress的值。 Ⅳ. 如果sbcs.sbreadondata的值為1,則開始下一次讀操作。 Ⅴ. 設(shè)置sbcs.sbbusy的值為0。 三、RISC-V調(diào)試上位機(jī)分析 RISC-V官方支持的調(diào)試器上位機(jī)是openocd。openocd是地表最強(qiáng)大(沒有之一)的開源調(diào)試上位機(jī),支持各種target(ARM(M、A系列)、FPGA、RISC-V等),支持各種調(diào)試器(Jlink、CMSIS-DAP、FTDI等),支持JTAG和SWD接口。 這里不打算詳細(xì)分析整個(gè)openocd的實(shí)現(xiàn),只是重點(diǎn)關(guān)注針對(duì)RISC-V平臺(tái)的初始化、讀寫寄存器和讀寫內(nèi)存這幾個(gè)流程。 1>openocd啟動(dòng)過程 openocd啟動(dòng)時(shí)需要通過-f參數(shù)制定一個(gè)cfg文件,比如: openocd.exe -f riscv.cfg riscv.cfg文件的內(nèi)容如下: adapter_khz1000 reset_config srst_only adapter_nsrst_assert_width 100 interface cmsis-dap transport select jtag set _CHIPNAME riscv jtag newtap $_CHIPNAME cpu -irlen 5 -expected-id 0x1e200a6d set _TARGETNAME $_CHIPNAME.cpu target create $_TARGETNAME riscv -chain-position $_TARGETNAME ■ 第一行設(shè)置TCK的時(shí)鐘為1000KHz。 ■ 第二行表示不支持通過TRST引腳復(fù)位,只支持TMS為高電平并持續(xù)5個(gè)TCK時(shí)鐘這種方式的復(fù)位。 ■ 第三行是復(fù)位持續(xù)的延時(shí)。 ■ 第四行指定調(diào)試器為CMSIS-DAP。 ■ 第五行指定調(diào)試接口為JTAG。 ■ 第六行指定調(diào)試的target類型為riscv。 ■ 第七行指定生成一個(gè)IR寄存器長度為5位、IDCODE為0x1e200a6d的JTAG TAP。 ■ 第八、九行指定生成一個(gè)riscv target。 openocd啟動(dòng)時(shí)的主要流程如圖18所示。 圖18 openocd啟動(dòng)流程 下面重點(diǎn)關(guān)注一下examine target這個(gè)流程。 這里的target是指riscv,對(duì)于riscv,首先會(huì)讀取dtmcontrol這個(gè)寄存器,因?yàn)閛penocd支持0.11和0.13版本的DTM,通過這個(gè)寄存器可以知道當(dāng)前調(diào)試的DTM是哪一個(gè)版本。這里選擇0.13版本來分析。通過讀取dtmcontrol,還可以知道idle、abits這些參數(shù)。接下來會(huì)將dmcontrol這個(gè)寄存器的dmactive域?qū)?后再寫1來復(fù)位DM模塊。接下來再讀取dmstatus,判斷version域是否為2。接下來還會(huì)讀取sbcs和abstractcs寄存器,最后就是初始化每一個(gè)hart的寄存器。 2>read register過程 讀寄存器時(shí),先構(gòu)建command寄存器的內(nèi)容,首先將cmdtype的值設(shè)為0,aarsize的值設(shè)為2(寄存器的寬度為32位),transfer的值設(shè)為1,regno的值設(shè)為要讀的寄存器的number,其他值設(shè)為0,然后寫到command寄存器里。然后一直讀取abstractcs寄存器,直到abstractcs寄存器的busy位為0或者超時(shí)。然后再判斷abstractcs寄存器的cmderr的值是否為0,如果不為0則表示此次讀取寄存器失敗,如果為0則繼續(xù)讀取data0寄存器,這樣就可以得到想要讀的寄存器的值。 3>write register過程 寫寄存器時(shí),先將需要寫的值寫到data0寄存器,然后構(gòu)建command寄存器的內(nèi)容,首先將cmdtype的值設(shè)為0,aarsize的值設(shè)為2(寄存器的寬度為32位),transfer的值設(shè)為1,write的值設(shè)為1,regno的值設(shè)為要寫的寄存器的number,其他值設(shè)為0,然后寫到command寄存器里。然后一直讀取abstractcs寄存器,直到abstractcs寄存器的busy位為0或者超時(shí)。然后再判斷abstractcs寄存器的cmderr的值是否為0,如果不為0則表示此次寫寄存器失敗,如果為0則表示寫寄存器成功。 4>read memory過程 如果progbufsize的值大于等于2,則會(huì)優(yōu)先使用通過執(zhí)行指令的方式來讀取內(nèi)存。這里不分析這種方式,而是分析使用system bus的方式。通過前面的分析可知,system bus有兩個(gè)版本V0和V1,這里以V1版本來說明。 先將sbcs寄存器的sbreadonaddr的值設(shè)為1,sbaccess的值設(shè)為2(32位),然后將要讀內(nèi)存的地址寫入sbaddress0寄存器。接著讀sbdata0寄存器,最后讀sbcs寄存器,如果其中的sbbusy、sberror和sbbusyerror都為0,則從sbdata0讀取到的內(nèi)容就是要讀的內(nèi)存的值。 5>write memory過程 和read memory類似,同樣以V1版本來說明。 先將要寫的內(nèi)存地址寫到sbaddress0寄存器,然后將要寫的數(shù)據(jù)寫到data0寄存器,最后讀sbcs寄存器,如果其中的sbbusy、sberror和sbbusyerror都為0,則此次寫內(nèi)存成功。 四、RISC-V JTAG的實(shí)現(xiàn) 通過在STM32F103C8T6上實(shí)現(xiàn)(模擬)RISC-V調(diào)試標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)一步加深對(duì)RISC-V JTAG調(diào)試的理解。 使用STM32的四個(gè)GPIO作為JTAG信號(hào)的四根線,其中TCK所在的引腳設(shè)為外部中斷,即上升沿和下降沿觸發(fā)方式,實(shí)現(xiàn)了可以通過openocd以RISC-V的調(diào)試標(biāo)準(zhǔn)來訪問STM32的寄存器和內(nèi)存。程序流程如圖19所示。 圖19 JTAG實(shí)現(xiàn)的程序流程 五、參考資料 1、在STM32上模擬RISC-V JTAG的實(shí)現(xiàn):stm32_riscv_jtag_slave 2、一個(gè)從零開始寫的易懂的RISC-V處理器核:tinyriscv
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