【Amiccom A8106 RF 無線調光 (1)】JTAG debugger 原理解析

Posted By Ryan Hu on 12 月 9, 2018 in 教學文, 無線 | 0 comments

作者：Ryan Hu

本系列將介紹如何以 8051 為基礎的 RF 模組來做遙控器與接收器，以完成硬體調光。本篇將先講解其中的 debugger 與 bootloader 運作原理，以及 JTAG 介面的強大功能。

A8106 瑋忠科技版本

一如既往，我們先解釋一下這次的專案要做什麼。簡單來說，我要利用 Amiccom（笙科電子）以 8051 為基底的 RF 模組 — A8106，做一對遙控器和接收器，讓發射端廣播 2.4G 的訊號，而接收端收到 packet 並解析後會完成相對應調光的動作。這次的重點是硬體調光，而不是軟體的 PWM。

這是我在安可爾所經手的第二個案子，老實說，難度真的滿高的。以前在 Arduino 上玩的 WiFi、BLE（都是 2.4G）都是由第三方 library 寫好，再直接 call function 來用即可。但這次我沒有 function 可以 call ，只有下游廠商莫名又難懂的 sample code（很多真的有寫跟沒寫一樣...…）能參考，需要自行研究 2.4G RF 的傳輸方式。

幸好經過幾個星期的努力終於破關（不過只搞定最主要的功能，其他部分需要繼續研究）；本系列文章便是專案實作的過程，接下來將會一一分享。

debugger 的秘密

做韌體的同好朋友一定都知道，無論要開發的專案內容為何，「燒錄」絕對是最基本、也是最重要的事。

前一個專案是我第一次使用 keil C51 進行開發，當時有個叫做 SN-LINK 的硬體，據說是 SN8F5701 這個模組開發的 debugger；我不疑有他，接上去後照著步驟設定，的確能夠執行燒錄動作。

而因為 Arduino 並不需要這樣的東西，不需要在模組和電腦之間還要連一個 debugger 才可以燒錄；因此我當時只覺得是特例，並沒有多想，直到這次的專案又出現了 debugger（這次名稱是 ICE，是 Amiccom 自家推出的 debugger），這才完全激起我的好奇心。

為什麼這個 debugger 需要存在？它不就是個燒錄器嗎？我們先講結論，其實它的主要功能並不是燒錄，因此如果你沒有要執行 debug mode，那它其實不需要存在。

而故事的源頭，要從 bootloader 開始講起...…

bootloader 的意義

我們都知道燒錄和 bootloader 脫離不了關係。

Bird 曾經跟我說過：「Everything can be called bootloader before user code.」

在一個模組（開發板）中，bootloader 可以有很多段；例如，若確定為燒錄模式，就會執行接下來的 bootloader 去等待 UART 的資料，接著再寫到 program flash（像是中間經過類似 erase block 等），執行動作後便完成燒錄。

在模組通電的瞬間，模組內會先執行 MCU 廠商已經寫死在裡面的 bootloader，用來控制硬體；像這次使用的 A8106，在其 datasheet 中便提到：P04 腳位如果在 LOW 時會進入燒錄模式，若為 HIGH 則為 normal mode。也就是說，通電後，bootloader 將利用判斷式去偵測 P04 腳位的情況，再根據判斷結果塞對應的值進去相關的暫存器，以完成燒錄或正常模式。

相信有在玩專案的 maker 同好們或多或少都知道這個流程，不過這些跟 debugger 的關聯為何？

一般的埋控開發，在與電腦連結前，中間都會出現一個 middleware（也就是 debugger），而我們就來好好介紹一下這個連接 debugger 的介面。因為 P04 若為 LOW，則與 debugger 連接的其中兩條線（此為 P14 和 P15）將被設成 debug IO（可以進行燒錄或 debug）；反之，若 P04 為 HIGH（normal mode），P14 和 P15 就會是普通的 GPIO。

此介面稱為 JTAG（or SWD），不過一般玩 Arduino 的 maker 不太會接觸 JTAG 的介面，而講到 JTAG， 當然也得一起說明 SWD 才完整，但其實簡單來說，SWD 就是簡化版的 JTAG。

JTAG 是在一般模組、開發板上常會看到的 debug 介面，由四隻腳組成（這裡講的是主要形式，市面上還有許多奇形怪狀的形式），分別是：

1. TDI（data in）
2. TDO（data out）
3. CLK（clock）
4. TMS（mode 切換）
*備註：每家使用的名稱可能會有些許差異，但功能都大同小異。

它可以操縱 IC 內暫存器的讀取或寫入，這聽起來沒有很厲害，因為依照上次專案的經驗，我的 user code 也可以直接對 MCU 的暫存器進行設值的動作。
不過我們以這次專案使用的 A8106 為例（雖然 ICE 是走 SWD，不過解釋上用 JTAG），A8106 是 MCU，它只是一顆 IC，原廠的下游廠商則會根據這顆 IC 來做不同的功能，推出市面上我們看到的模組（開發板）。

由此可知，不同廠商很可能都會利用 A8106 這個 MCU ，來兜出不同功能取向的模組，意即若某廠商覺得某些腳位不重要，可能就不會將此腳位拉出來當作為模組的 GPIO pin，或其他功能的 pin 腳位。