Freescale MC68HC908QT/QY ユーザモードにおける FLASH 書き換え

Freescale MC68HC908QT/QY
ユーザモードにおける FLASH 書き換え

これは 2004年 2月に書いた内容を 2005年 9月に更新したものです。

フリースケールセミコンダクタ社のワンチップマイコン MC68HC908QT/QY は ANSI 準拠のＣ言語を備えた優秀な開発環境 (MetroWerks CodeWarrior) が無料で入手できること、特別なライターを使わなくてもインサーキットデバッグや FLASH 書き込みが可能ということから個人的に非常に興味を持っている製品です。（QT1/QT2/QT4は8ピン、QY1/QY2/QY4は16ピンのデバイスです。ここでは QY4を使って説明しました。）

このページでは HC908QT/QY マイコンに UserMonQT4.asm というユーザモニタを書き込み、M68DEMO908QT4 デモボードと同様の使い勝手を得る方法について説明しています。なお、フリースケールセミコンダクタ社がアプリケーションノート AN2305 で公開している UserMonQT4.asm は低電圧の HLC908Q 各デバイスや新製品の 908QB4/QB8/QY8 には使えません。

フリースケールセミコンダクタのホームページからダウンロードした和文データシート mc68hc908qy4j-r1.pdf によると、マイコンのモニタ動作に関するモードには４つの種類があると書かれています。(p.94)

１．　ＶＴＳＴモニタモード
２．　強制モニタモード（外部クロック）
３．　強制モニタモード（内部クロック）
４．　ユーザモード（←これはモニタモードではありません）

１～３がモニタモード（デバッグや書き込みを行う）で、４はマイコンの普通の動作状態です。
（和文データシートは英文データシートの Rev.1 を翻訳したもので内容が少し古くなっています。最近の英文データシートではこれらの各モードの呼び方が変わりましたので両方を見比べるときはご注意ください。）

１～３いずれも特別なライター無しで動かすことが可能ですが、それぞれメリット、デメリットがあるので簡単にまとめます。まずデメリットと言うか各モードの制限事項から。

１．のモードに入るには高電圧が必要。クロックは外部 9.8304MHz 固定。
　　自由に使えないポートは PTA0,1,2,3,4,5 となる。（このことは QT4 で
　　このモードを利用する場合、自由に使えるポートが無いために書き込みは
　　できてもインサーキットデバッグはできないことを意味する。QY4 だと
　　PTB0-7 がインサーキットデバッグで使える。）

２．のモードに入るにはリセットベクタ $FFFE,$FFFF がブランクであること。
　　クロックは外部 9.8304MHz 固定。自由に使えないポートは PTA0,2,5 となる。
　　リセットベクタをブランクにするということは電源再投入でユーザモードで
　　動かすことができない。インサーキットデバッグ用のモードと言える。

３．２の制限事項と同様だが、自由に使えないポートは PTA0,2 となる。
　　また、内部オシレータのキャリブレーションが正しく行われていることが必要。
　　２と同様の理由でインサーキットデバッグ用のモードと言える。

４．のモードに入るにはリセットベクタ $FFFE,$FFFF に何か値が書き込まれて
　　いることが必要。

次に、それぞれのモードのメリットは下記のようになります。

１．リセットベクタに何か値を書き込んだ後でも利用可能なモード。
　　内部オシレータのキャリブレーションに失敗した場合でも利用可能なモード。
　　また、リセットベクタに何か値を書き込むことができるという理由から、
　　いわゆるプログラム書き込み、FLASH 書き込みに使える。（電源再投入で正常な
　　リセットベクタによってユーザモードでの動作が可能となる。）

２．内部オシレータのキャリブレーションをしていなくても利用可能なモード。
　　１．に比べると自由に使えるポートが３本増える。（QT4 でも３本を使って
　　インサーキットデバッグ可能。）

３．外部クロックを使わないコンパクトな構成でのインサーキットデバッグが可能。
　　１．に比べると自由に使えるポートが４本増える。（QT4 でも４本を使って
　　インサーキットデバッグ可能。）

４．モニタモードのための制限が無い。
　　（当たり前だが QT4 で６本全て、QY4 で１４本全てを使った動作が可能。）

ここまで理解してきて、１は確かに必要なモニタモードと言えます。また、１ではインサーキットデバッグ時に使えるポート数や外部クロックの制限ため、場合によっては２や３のモニタモードのメリットがあると考えられます。しかし最終的にはソースコードのリセットベクタを変更し、１を使って書き込みをしてやる必要があるわけで、個人的には２や３がそれほど有用なものだとは思えないのが正直なところです。
ところで、私はすでに（個人的に）もっと魅力を感じる方法を知っています。

その方法とは、他でもないフリースケールのホームページからダウンロードできるアプリケーションノート AN2305 に基づく方法で、前述の１～４のモードのうち、なんと４のユーザモードを使ってインサーキットデバッグおよび FLASH 書き換えを行おうというものです。この場合のデメリット（制限事項）とメリットを簡単に書いておきます。

５．　ユーザモード（内部クロック）によるインサーキットデバッグおよび FLASH 書き込み

デメリット（制限事項）

５．の方法を使うには AN2305 で示される UserMonQT4.asm（QY4を使うときもこの
　　ファイルで良い）がすでに書き込まれていることが必要。リセットベクタや
　　その他の割り込みベクタはそのソースで規定された値が書き込まれていること。
　　自由に使えないポートは PTA0 である。リセット解除時に PTA2 がＨかＬかに
　　よってモニタ動作をするかスタンドアロン動作をするか決定される。（決定後は
　　PTA2 は自由に使用可能。）また、内部オシレータのキャリブレーションが正しく
　　行われていることが必要。

メリット

５．外部クロックを使わないコンパクトな構成でのインサーキットデバッグが
　　可能。１．に比べると自由に使えるポートが５本増える。（QT4 でも５本を使って
　　インサーキットデバッグ可能。）ユーザが作ったプログラムのリセットベクタや
　　割り込みベクタは本来のベクタ位置ではない別の場所に格納するため、１のモード
　　を使わなくても５の動作で FLASH 書き換えが可能。
　　また、リセット解除時にモニタ動作かスタンドアロン動作か決定できるので、
　　インサーキットデバッグが終わった時点でプログラムを変更すること無く電源
　　再投入により（PTA2がＨのとき）スタンドアロンでの通常動作が可能である。

一工夫・・・ユーザモニターを使う場合（５の方法）はリセット解除時に PTA2 の
　　レベルを見るので、 PTA2(入力専用ポート)を普通の入力ポートとして設計すると
　　起動で失敗することがあるでしょう。５の方法のときはこのポートはあまり
　　使いたくないのですが、ピン数が少ないので使う場面も出てくると思います。
　　その場合、マイコンの外でプルダウンしてはいけません。リセット後の PTA2
　　判定時には 30kΩ程度の内部プルアップを有効にしていますから、PTA2 に
　　繋がる回路はハイインピーダンスにしてユーザプログラムでも明示的に内部
　　プルアップを有効にするか、またはマイコン外部でプルアップするようにします。
　　そしてユーザモニターモードの切り替えの操作のために、PTA2 をモード切り替え
　　スイッチＳ１でＬ側に引っ張ることができるようにすれば良いのです。

上記５の方法を実際に利用するためには、次の手順が必要です。

　まずフラッシュメモリの $FFC0 番地に内部クロックのキャリブレーション値が正しく書き込まれているか確認します。読み出したトリム値が適正なものかどうか（手違いで他のマイコンのトリム値を書き込んだりしていないか）を調べたいときは適当なテストプログラムを１のモニタモードでメインＲＯＭに一旦書き込んでからスタンドアロンで動かし、ポート出力の様子を見れば判ります。出力周期が正確でない場合は、そのズレから補正値を逆算してテストプログラムに反映し、またポート出力を見る、という作業を３回くらい行えばピッタリした補正値が見つかります。これをメモしておきます。（わざわざそうしなくても他のページで紹介している HC908QTQYオートキャリブレータを使うと素早く適正な値が求められます。）
　次に、AN2305 のソースファイル UserMonQT4.asm をプロジェクトとして用意します。ソースファイルを開いて、末尾に先ほどの補正値を書き込みます。準備ができたら、これを１のモニタモードでマイコンに書き込みます。（他のページで紹介している HC908Q プログラマを使うと素早く書き込めます。）
　これでもう１の方法は必要無くなりました。あとはユーザ自身が作ったプログラムを５の方法で書き込んだり、インサーキットデバッグをすることができます。注意点としては、リセットベクタおよび各割り込みベクタの置き方が普通とは違う、ということです。

簡単ですが「Freescale MC68HC908QT/QY ユーザモードにおける FLASH 書き換え」の記事を終わります。ちなみに紹介済みの M68DEMO908QT4 デモボードでも、ここで述べた５の方法が使われています。（これは簡単なボードなので、逆に１～３のモニタモードと４の単純なユーザモードが利用できません。）

個人的には、ターゲットボードが１の方法と５の方法が利用できるようになっていれば便利だな、と思っています。（なお１～５の番号や、モニタ動作、スタンドアロン動作といった言葉は便宜的に付けただけのものです。）

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