单线编程及调试接口的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请案的夺叉参考
[0002] 本申请案主张于2013年3月14日提出申请的第61/780,995号美国临时申请案 的权益，所述美国临时申请案以其全文并入本文中。
技术领域
[0003] 本发明涉及具有调试接口的数字系统，特定来说微控制器。
[0004] 随着嵌入式系统变得较小，越来越需要最小化I/O信号消耗以用于装置之间的通 信。申请人通过开发所谓的UNI/Ο总线已解决此需要，所述UNI/Ο总线为仅需要单一 I/O信 号用于通信的低成本、易实施的解决方案。UNI/Ο总线兼容装置可用于增强面临对可用I/O 的限制的任何应用。此类限制可能起源于连接器、板空间或起源于主装置自身。
[0005] UNI/Ο总线提供用于通过单一 I/O信号通信的定义。其通过"总线式"的系统支持 多个装置的使用。图1展示使用具有单一信号总线线SCIO的此总线的系统的实例。一个 装置被定义为主装置（图1中为微控制器），且负责起始及协调与总线上的从装置的所有操 作。每一从装置用作所述主装置的外围装置，且从装置可出于任何数目个目的经设计。
[0006] 图1展示具有用作主装置的微控制器及附接到总线作为从外围装置的其它众多 装置的实例性系统。然而，应注意，主装置不限制为微控制器，而可为能够处理必要I/O信 号的任何装置。
[0007] 数据通过曼彻斯特（Manchester)编码嵌入到I/O流中。总线由确定时钟周期、控 制总线存取且起始所有操作的主装置控制，而所有其它装置用作从装置。主装置及从装置 两者均可作为发射器或接收器操作，但所述主装置确定哪个模式为作用的。
[0008] UNI/Ο总线支持从IOkbps到IOOkbps (等效于IOkHz到IOOkHz)的操作，且不对电 压范围、温度范围或制造过程进行限制。
[0009] 然而，此总线通常不适合于为微控制器提供调试接口。因此，需要一种能够提供调 试接口的经改进的单线总线，特定来说需要低引脚计数微控制器装置。
【发明内容】
[0010] 根据各种实施例，可提供单线编程与调试接口。根据一实施例，此可实施为外围装 置，所述外围装置可用于通过单线接口（举例来说，由申请人开发的所谓的UNI/ο标准）通 信到其它单线接口产品（例如UNI/Ο产品（主或从））以及所述产品的编程与调试接口。 [0011] 根据一实施例，一种微控制器可包括具有外部引脚的外壳及使用仅单一信号引脚 的集成调试接口。
[0012] 根据又一实施例，所述单一信号引脚相对于操作供应电压可为高电压容忍的。根 据又一实施例，使用馈送到所述单一信号引脚的高电压的信号序列可激活装置的调试或编 程模式。根据又一实施例，当处于所述调试或编程模式中时，所述单一信号引脚可根据UNI/ 0总线协议操作。根据又一实施例，所述微控制器可进一步包括用于提供内部高编程电压的 内部高电压产生装置。根据又一实施例，所述微控制器可经配置以仅经由所述单一信号引 脚与外部调试装置通信。根据又一实施例，所述外壳可包括少于η个引脚，其中η为所述装 置的内部数据总线宽度。根据又一实施例，η可为小于八（8)。根据又一实施例，多个不同 信号序列可配置包含所述信号引脚的所述微控制器的通信接口的操作模式。根据又一实施 例，所述通信接口的操作模式可选自由以下各项组成的群组：单线接口、UNI/O、ICSP、I2C、 UART及SPI。根据又一实施例，退出帧可包括高电压信号，所述退出帧终止所述调试或编程 模式。根据又一实施例，通过所述单一信号引脚提交的命令可开始或终止所述调试或编程 模式。
[0013] 根据另一实施例，一种用于操作具有外部引脚及集成调试接口的微控制器的方法 可包括使用所述外部引脚中的仅单一信号引脚调试或编程所述微控制器的步骤。
[0014] 根据所述方法的又一实施例，所述单一信号引脚相对于操作供应电压可为高电压 容忍的。根据所述方法的又一实施例，使用馈送到所述单一信号引脚的高电压的信号序列 可激活装置的调试或编程模式。根据所述方法的又一实施例，当处于所述调试或编程模式 中时，所述单一信号引脚可根据UNI/Ο总线协议操作。根据所述方法的又一实施例，所述方 法可进一步包括产生用于编程所述微控制器的非易失性存储器的内部高电压。根据所述方 法的又一实施例，所述微控制器可经配置以仅经由所述单一信号引脚与外部编程/调试装 置通信。根据所述方法的另外实施例，所述微控制器的外壳可包括少于η个引脚，其中η为 所述装置的内部数据总线宽度。根据所述方法的又一实施例，η可为小于八（8)。根据所述 方法的又一实施例，多个不同信号序列可配置包含所述信号引脚的所述微控制器的通信接 口的操作模式。根据所述方法的又一实施例，所述通信接口的操作模式可选自由以下各项 组成的群组：单线接口、ICSP、UNI/0、I2C、UART及SPI。根据所述方法的又一实施例，退出 帧可包括高电压信号，所述退出帧终止所述调试或编程模式。根据所述方法的又一实施例， 通过所述单一信号引脚提交的命令可开始或终止所述调试或编程模式。
【附图说明】
[0015] 图1展示使用单线总线的系统的框图。
[0016] 图2展示具有相关联复位信号线的单线总线的时序图。
[0017] 图3展示根据经改进的单线总线的实施例的时序图。
[0018] 图4展示与单线总线线耦合的微控制器的检测单元。
[0019] 图5展示与外部调试或编程装置耦合的微控制器的框图，所述外部调试或编程装 置与主机PC耦合。
[0020] 图6展示根据各种实施例的编程序列的时序图。
[0021] 图7展示示范性命令结构的时序图。
[0022] 图8到11展不各种不范性有效负载结构的时序图。
【具体实施方式】
[0023] 真正的单"线接口"仅使用单一引脚用于发信号。然而，当然仍然需要参考电位。 因此，所有真正的单线接口需要通常现有的接地引脚。
[0024] 在低引脚计数装置上，用于编程、调试或通信协议的引脚可通常占用许多可用引 脚资源或形成电路互连问题。通过提供可用作编程接口、调试接口以及标准通信接口的单 一通信模块，由装置使用所需的引脚的数目得以最小化。此通过减少用于此类装置（尤其 较小装置，举例来说具有较少引脚的装置）的电路内编程所需的引脚计数来大大增加低引 脚微控制器装置的灵活性及用途。
[0025] 标准微控制器（举例来说，由申请人制造的微控制器）需要至少三个引脚以用于 编程及电路内调试。第一引脚MCLR用于通过施加编程电压向装置指示切换到编程模式中。 因此，此引脚具有检测所施加的高电压的相关联逻辑，其中本申请案中所使用的术语"高电 压"将被理解为超过装置的典型操作电压的任何电压。另外两个引脚用于数据及时钟信号 的同步串行接口。一旦施加高电压，装置便可使用所述高电压来编程其非易失性存储器且 使用串行接口来与外部编程/调试装置进行通信。在8引脚装置（举例来说，由申请人制 造的PIC12F装置）上，此接口使用基本上50%的可用输入/输出（I/O)引脚，这是因为需 要两个引脚用于电力供应。这些低引脚装置在除电力供应引脚之外的基本上所有可用引 脚上均提供通过其外围装置可用的多路复用功能。如果在应用的开发期间需要所有可用 引脚，那么必须使用所述装置的昂贵特殊外合芯片版本来连接到编程器/调试器或仿真装 置。即使除一个引脚之外的所有引脚均用于应用中，但出于调试的目的仍需要此所谓的标 头装置。然而，低引脚计数装置的许多应用可具有为自由的或换句话说未使用或对于调试 不关键的一个引脚。因此，根据各种实施例，此引脚可用于提供编程/调试接口，如将在下 文更详细解释。
[0026] 许多现有所谓的"单线"接口实际上需要使用不只是单线引脚来进入到单线模式 中。举例来说，图2展示单线接口模块（SW頂）的常规接口，所述单线接口模块需要使用芯 片上电路来检测需要在两个外部引脚上的两个单独信号的输入序列。
[0027] 根据各种实施例，在仅仅在（举例来说）主清除（MCLR)引脚上发信号的情况下， 可设计进入1线模式以用于编程及调试的装置。接着在MCLR线上传送命令及数据，且可编 程或调试所述装置。
[0028] 根据各种实施例，在微控制器产品（举例来说，由申请人制造的微控制器）中利用 高电压（HV)测试输入逻辑。通过以一型式施加 HV信号，可建立允许MCLR信号用于命令及 数据输入的内部状态。在此情形中，根据一些实施例，所提议型式将在几微秒时间帧310内 交替HV及GND电平4次，且所述型式将由内部计时器辨识以激活UNIO接口。此在图1中 图解说明。也可使用其它型式（举例来说，5个或5个以上HV脉冲或其间具有预定义暂停 的多个脉冲），且这些脉冲可激活替代编程通道，如UART (RS232)、SPI或I2C。然而，这些类 型的接口中的一些接口可不只是需要用于UNI/Ο的单线且可因此具较少益处。
[0029] 如图3中所展示，单线接口或其它串行接口可在第η次退出（举例来说）高电压 测试模式之后为作用的。图3展示"正常"操作电压VDD电平及指示通常高于如上文所讨 论的所述"正常"操作电压的电压的VHH电平。不同输入信号可激活不同类型的串行接口。 举例来说，
[0030] -在第四次之后结束的序列可为针对单线接口
[0031] -在第五次之后结束的序列可为针对I2C编程接口
[0032] -在第六次之后结束的序列可为针对UART编程接口
[0033] -在第七次之后结束的序列可为针对SPI编程接口
[0034] 如图3中所展示，退出时间帧320进行回到高电压测试模式中。图4展示与单线 410耦合的相应单线接口的示范性检测单元420。出于检测相异型式的目的，可存在用于定 义将在其期间发射初始型式的输入时间帧的一或多个计时器430。此计时器430可由第一 传入高电压边缘门控。可实施也通过由计时器430定义的时间窗触发的计数器440。所述 计数器可接着在一个实施例中简单地计数在所定义时间帧期间提交的高电压脉冲的数目。
[0035] 图5展示具有与外部调试器/编程器520耦合的微控制器510的示范性系统。外 部调试器/编程器520包括USB接口，通过所述USB接口，所述外部调试器/编程器与主机 个人计算机或工作站530耦合。在此实例中，微控制器510为八