Renesas E1/E20 仿真器使用指南：從規(guī)格到調(diào)試全解析

在電子工程師的日常工作中，仿真器是調(diào)試和開發(fā)微控制器（MCU）不可或缺的工具。Renesas E1/E20 仿真器以其強大的功能和廣泛的適用性，成為了眾多工程師的首選。本文將詳細介紹 Renesas E1/E20 仿真器的相關(guān)信息，包括規(guī)格、設(shè)計要點、調(diào)試準備、調(diào)試功能以及使用注意事項等，希望能為廣大電子工程師提供有價值的參考。

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一、E1/E20 仿真器手冊概述

Renesas E1/E20 仿真器的手冊由兩部分組成：《E1/E20 仿真器用戶手冊》和《E1/E20 仿真器用戶手冊補充文檔（連接注意事項）》。前者主要描述硬件規(guī)格，后者則著重介紹仿真器調(diào)試器的功能、使用方法、與 MCU 相關(guān)的內(nèi)容以及注意事項。在使用 E1/E20 仿真器之前，務(wù)必仔細閱讀這兩份文檔。

二、E1/E20 仿真器規(guī)格

2.1 目標 MCU

該仿真器支持 R8C 系列的多個型號，包括 R8C/3x 系列和 R8C/Lx 系列，具體涵蓋了如 R8C/32C、R8C/33C 等多種型號。這些 MCU 為不同的應(yīng)用場景提供了豐富的選擇。

2.2 仿真器規(guī)格

• 型號：E1（R0E000010KCE00）和 E20（R0E000200KCT00）。
• 電源供應(yīng)：無需額外電源，通過 USB 總線從主機獲取電力。
• 適用調(diào)試器：R8C E1/E20 仿真器調(diào)試器。
• 工作環(huán)境：溫度范圍為 -10°C 至 50°C（非活動狀態(tài)）和 10°C 至 35°C（活動狀態(tài)），濕度范圍為 35% RH 至 80% RH（無冷凝），振動要求在活動狀態(tài)下最大為 2.45 m/s2，非活動狀態(tài)下最大為 4.9 m/s2，運輸時最大為 14.7 m/s2，且環(huán)境中無腐蝕性氣體。

2.3 適用工具鏈和第三方產(chǎn)品

可以調(diào)試由內(nèi)部工具鏈和第三方產(chǎn)品創(chuàng)建的模塊，如 M3T - NC30WA V.5.20 Release 01 或更高版本的工具鏈，以及 TASKING M16C C/C++/EC++ Compiler V.2.3r1 或更高版本、IAR EWM16C V.2.12 或更高版本的第三方產(chǎn)品。

三、用戶系統(tǒng)設(shè)計

3.1 連接器選擇

在將 E1 或 E20 仿真器連接到用戶系統(tǒng)之前，需要在用戶系統(tǒng)中安裝連接器。推薦使用 3M Limited 的 14 - 針連接器，如 2514 - 6002（用于日本以外地區(qū)）和 7614 - 6002（用于日本）。同時，要注意在 14 - 針連接器周圍 5 mm 范圍內(nèi)，不要安裝高度超過 10 mm 的組件，并且要將 14 - 針連接器的 2、12 和 14 引腳牢固連接到用戶系統(tǒng)板的 GND 上。

3.2 小連接器轉(zhuǎn)換適配器

如果使用 E1 仿真器的小連接器轉(zhuǎn)換適配器（R0E000010CKZ11），要注意其連接器引腳分配與 E1 仿真器的標準接口連接器不同。具體引腳分配可參考文檔中的表格。

3.3 系統(tǒng)接地連接

仿真器的信號地與用戶系統(tǒng)的信號地相連，在仿真器中，信號地和框架地是連接的。在用戶系統(tǒng)中，只連接框架地，不要將信號地與框架地連接，以避免因電位差導致的過流問題，引發(fā)安全隱患。

3.4 推薦連接示例

E1/E20 連接連接器與 MCU 的推薦連接示例中，MODE 引腳用于 MCU 控制和強制中斷控制，不要連接電容等元件；RESET# 引腳用于輸出“L”和監(jiān)控引腳狀態(tài)，建議使用開集電極輸出緩沖器或 CR 復(fù)位電路作為復(fù)位電路，上拉值推薦為 4.7 kΩ 或更大。同時，要確保 Vss 和 Vcc 分別連接到 MCU 的 Vss 和 Vcc，并且輸入 Vcc 的電壓必須在 MCU 指定范圍內(nèi)。

3.5 接口電路

文檔中給出了 E1 和 E20 仿真器的接口電路示例，可作為確定上拉電阻值的參考。

四、調(diào)試準備

4.1 激活高性能嵌入式工作室

首先將仿真器連接到主機和用戶系統(tǒng)，然后從 [開始] 菜單的 [程序] 中選擇 [Renesas -> 高性能嵌入式工作室 -> 高性能嵌入式工作室]，在彈出的 [歡迎！] 對話框中選擇啟動方式，如創(chuàng)建新的工作區(qū)、打開最近的工作區(qū)或瀏覽其他工作區(qū)。

4.2 創(chuàng)建新工作區(qū)

根據(jù)是否使用工具鏈，創(chuàng)建新工作區(qū)的步驟有所不同。如果不使用工具鏈，在 [歡迎！] 對話框中選擇 [創(chuàng)建新的項目工作區(qū)]，然后在 [新項目工作區(qū)] 對話框中輸入工作區(qū)名稱、項目名稱、選擇 CPU 家族等信息，接著選擇調(diào)試目標、設(shè)置配置文件名，最后點擊 [完成] 按鈕啟動高性能嵌入式工作室。如果使用工具鏈，除了上述步驟外，還需要在 [工具鏈] 選項中選擇合適的工具鏈。

4.3 打開現(xiàn)有工作區(qū)

在 [歡迎！] 對話框中選擇 [瀏覽到另一個項目工作區(qū)]，指定工作區(qū)所在的目錄，選擇工作區(qū)文件（擴展名為 “.hws”），點擊 [選擇] 按鈕即可打開現(xiàn)有工作區(qū)。

4.4 連接仿真器

可以通過在啟動前進行仿真器設(shè)置或加載會話文件來連接仿真器。如果仿真器斷開連接，可以通過 [調(diào)試] 菜單中的 [連接] 選項、點擊 [連接] 工具欄按鈕或在 [命令行] 窗口中輸入連接命令來重新連接。

4.5 斷開仿真器

可以通過 [調(diào)試] 菜單中的 [斷開連接] 選項、點擊 [斷開連接] 工具欄按鈕或在 [命令行] 窗口中輸入斷開連接命令來斷開仿真器。

4.6 退出高性能嵌入式工作室

選擇 [文件] 菜單中的 [退出] 選項關(guān)閉高性能嵌入式工作室，關(guān)閉前會彈出消息框詢問是否保存會話。

4.7 調(diào)試相關(guān)設(shè)置

可以通過 [調(diào)試] 菜單中的 [調(diào)試設(shè)置…] 選項打開 [調(diào)試設(shè)置] 對話框，指定下載模塊、設(shè)置命令行批處理文件的自動執(zhí)行以及下載選項等。

4.8 啟動 E1/E20 仿真器調(diào)試器

在啟動前要確保用戶系統(tǒng)電源關(guān)閉，依次連接用戶系統(tǒng)接口電纜和 USB 接口電纜，然后打開 [開始] 菜單，選擇 [程序 -> Renesas -> 高性能嵌入式工作室 -> 高性能嵌入式工作室]，在 [歡迎！] 對話框中選擇使用教程工作區(qū)，指定工作區(qū)目錄和文件，點擊 [打開] 按鈕。啟動時會依次顯示 [初始設(shè)置] 對話框、[配置屬性] 對話框和 [連接中…] 對話框，完成設(shè)置后，當 [輸出] 窗口顯示 “Connected” 時，仿真器初始化完成。

五、調(diào)試功能

5.1 調(diào)試功能列表

根據(jù)操作模式的不同，仿真器支持不同的調(diào)試功能。在 [寫入片上閃存模式] 下，支持程序下載和在線幫助等功能；在 [調(diào)試模式] 下，支持程序下載、復(fù)位功能、內(nèi)存訪問功能、用戶程序執(zhí)行功能、斷點功能、跟蹤功能、調(diào)試控制臺功能、性能測量功能、堆棧跟蹤功能、啟動/停止功能、命令行功能和在線幫助等。

5.2 下載程序

可以通過 [調(diào)試] 菜單中的 [下載] 選項選擇要下載的加載模塊，或者在 [工作區(qū)] 窗口的 [下載模塊] 下右鍵單擊加載模塊并選擇 [下載]，也可以雙擊加載模塊名稱來下載程序。下載前需要在高性能嵌入式工作室中注冊加載模塊，并且要注意下載時的訪問大小設(shè)置。

5.3 打開源文件

可以通過選擇源文件并點擊 [打開] 按鈕，或者在 [工作區(qū)] 窗口中雙擊源文件來打開源文件。在 [編輯器] 窗口中，可以查看源代碼、切換列顯示、查看匯編語言代碼以及修改匯編語言代碼。

5.4 內(nèi)存訪問功能

仿真器具有內(nèi)存讀寫功能、內(nèi)存數(shù)據(jù)上傳和下載功能、顯示變量功能以及自動更新內(nèi)存數(shù)據(jù)功能。同時，還支持內(nèi)存填充、移動、比較、搜索等操作，但要注意操作的數(shù)據(jù)大小和范圍限制，以及對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)域的訪問注意事項。

5.5 斷點功能

包括強制斷點、軟件斷點（S/W 斷點）和片上斷點。S/W 斷點通過重寫指定地址的指令來實現(xiàn)程序中斷，設(shè)置和移除 S/W 斷點會涉及內(nèi)存寫入操作。片上斷點包括預(yù) - PC 斷點、數(shù)據(jù)訪問斷點和跟蹤滿斷點。

5.6 使用 S/W 斷點

可以通過 [編輯器] 或 [反匯編] 窗口、[斷點] 對話框或命令行來添加、移除、啟用或禁用 S/W 斷點。設(shè)置 S/W 斷點后，程序在執(zhí)行到該地址時會停止，此時 [編輯器] 或 [反匯編] 窗口會更新，顯示程序停止的位置。

5.7 片上斷點功能

通過 [片上事件] 對話框設(shè)置片上事件斷點條件和跟蹤條件?？梢栽O(shè)置事件 A 和 B 的相關(guān)設(shè)置以及跟蹤條件，還可以注冊、保存和加載事件設(shè)置。

5.8 添加片上事件（DA 事件）

可以通過 [片上事件] 對話框、從其他窗口拖放或命令行來設(shè)置 DA 事件。設(shè)置事件時要注意地址、訪問大小和訪問類型的選擇，避免設(shè)置無效的事件。

5.9 添加片上事件（PC 事件）

同樣可以通過 [片上事件] 對話框、[編輯器] 窗口的 [片上斷點] 列、從其他窗口拖放或命令行來設(shè)置 PC 事件。在 [編輯器] 窗口設(shè)置預(yù) - PC 斷點時，要確保在 [片上事件] 對話框中點擊 [應(yīng)用] 按鈕后再進行操作。

5.10 注冊事件

可以通過 [片上事件] 對話框、拖放或 [注冊事件] 對話框來注冊事件。注冊的事件可以在后續(xù)使用時復(fù)用，也可以創(chuàng)建新的事件。

5.11 保存/加載片上事件設(shè)置

可以通過 [片上事件] 對話框的 [保存…] 和 [加載…] 按鈕來保存和加載片上事件的設(shè)置。

5.12 保存/加載 [注冊事件] 對話框設(shè)置

可以通過 [注冊事件] 對話框的 [保存…] 和 [加載…] 按鈕來保存和加載 [注冊事件] 對話框的設(shè)置。

5.13 跟蹤功能

通過 [片上事件] 對話框設(shè)置跟蹤條件，包括跟蹤類型、起始條件、停止條件和記錄事件等?？梢栽?[跟蹤] 窗口中查看跟蹤信息，還可以使用跟蹤菜單進行設(shè)置、清除、顯示源程序、停止和重新啟動跟蹤等操作。

5.14 狀態(tài)欄

通過 [視圖 -> 狀態(tài)欄] 可以顯示 [狀態(tài)欄]，查看調(diào)試平臺的當前狀態(tài)，如用戶程序的運行狀態(tài)、PC 狀態(tài)、任務(wù) ID、斷點原因和執(zhí)行時間等。

5.15 啟動/停止功能

可以通過 [設(shè)置 -> 仿真器 -> 啟動/停止功能設(shè)置…] 打開 [啟動/停止功能設(shè)置] 對話框，指定在用戶程序執(zhí)行前后要執(zhí)行的例程。使用該功能時要注意調(diào)試功能的限制、寄存器和標志的限制以及語句的限制。

5.16 簡單堆棧溢出檢測功能

當棧超出 RAM 區(qū)域時，R8C E1/E20 仿真器調(diào)試器會在 [輸出] 窗口顯示堆棧溢出消息，此時需要從仿真器調(diào)試器進行復(fù)位操作。

5.17 在線幫助

通過 [幫助] 菜單中的 [仿真器幫助] 選項可以查看在線幫助，了解每個功能的使用方法和命令行語法。

六、教程

6.1 介紹

教程程序用 C 語言編寫，用于對隨機數(shù)據(jù)進行排序，幫助用戶了解仿真器和仿真器調(diào)試器的功能。

6.2 啟動高性能嵌入式工作室

按照前面介紹的方法打開工作區(qū)，指定教程工作區(qū)的目錄和文件。

6.3 連接仿真器

啟動仿真器時，在調(diào)試器設(shè)置對話框中進行初始設(shè)置，完成后即可開始調(diào)試。

6.4 下載教程程序

右鍵單擊 [下載模塊] 下的 [Tutorial.x30]，選擇 [下載] 來下載目標程序。

6.5 設(shè)置 S/W 斷點

在 [編輯器] 窗口中，雙擊 [S/W 斷點] 列中對應(yīng)調(diào)用排序函數(shù)的行，設(shè)置 S/W 斷點。

6.6 執(zhí)行程序

通過 [調(diào)試] 菜單中的 [復(fù)位 CPU] 選項復(fù)位 CPU，然后選擇 [運行] 選項執(zhí)行程序，程序會在斷點處停止。

6.7 檢查斷點

通過 [編輯 -> 源斷點] 打開 [斷點] 對話框，檢查已設(shè)置的 S/W 斷點，并可以進行移除、啟用或禁用操作。

6.8 更改寄存器內(nèi)容

通過 [視圖 -> CPU -> 寄存器] 打開 [寄存器] 窗口，右鍵單擊窗口可以切換寄存器組，雙擊寄存器行可以更改寄存器內(nèi)容。

6.9 引用符號

通過 [視圖 -> 符號 -> 標簽] 打開 [標簽] 窗口，查看模塊中的符號信息。

6.10 檢查內(nèi)存內(nèi)容

通過 [視圖 -> CPU -> 內(nèi)存…] 打開 [顯示地址] 對話框，輸入標簽名，點擊 [確定] 按鈕，在 [內(nèi)存] 窗口中查看相應(yīng)內(nèi)存的內(nèi)容。

6.11 引用變量

在 [編輯器] 窗口中，將光標放在包含變量的行上，右鍵單擊選擇 [即時監(jiān)視]，在對話框中點擊 [添加] 按鈕將變量添加到 [監(jiān)視] 窗口。也可以在 [監(jiān)視] 窗口中右鍵單擊，選擇 [添加監(jiān)視]，輸入變量名添加變量。

6.12 顯示局部變量

通過 [視圖 -> 符號 -> 局部] 打開 [局部] 窗口，查看函數(shù)中的局部變量。

6.13 單步執(zhí)行程序

包括 [單步進入]、[單步跳過] 和 [單步跳出] 等命令。選擇 [單步進入] 可以進入調(diào)用的函數(shù)，選擇 [單步跳過] 可以執(zhí)行整個函數(shù)調(diào)用，選擇 [單步跳出] 可以跳出當前函數(shù)。

6.14 強制中斷程序執(zhí)行

清除所有斷點，選擇 [運行] 選項執(zhí)行教程函數(shù)，由于程序處于無限循環(huán)中，可以選擇 [停止程序] 選項強制中斷程序執(zhí)行。

6.15 片上斷點功能

可以在 [編輯器] 窗口中設(shè)置指令獲取事件作為片上斷點，也可以通過 [視圖 -> 事件 -> 片上事件] 打開 [片上事件] 對話框，設(shè)置內(nèi)存訪問斷點。

6.16 跟蹤功能

通過 [視圖 -> 代碼 -> 跟蹤] 打開 [跟蹤] 窗口，設(shè)置跟蹤條件，如跟蹤起始條件為用戶程序執(zhí)行開始，跟蹤停止條件為用戶程序執(zhí)行停止。設(shè)置 S/W 斷點，選擇 [復(fù)位運行] 選項，程序在斷點處停止后，跟蹤信息會顯示在 [跟蹤] 窗口中。

6.17 堆棧跟蹤功能

在排序函數(shù)的任意行設(shè)置 S/W 斷點，選擇 [復(fù)位運行] 選項，程序停止后，通過 [視圖 -> 代碼 -> 堆棧跟蹤] 打開 [堆棧跟蹤] 窗口，查看哪個函數(shù)調(diào)用了當前 PC 值對應(yīng)的函數(shù)。

七、使用 E1 或 E20 仿真器的注意事項

7.1 MCU 資源使用

• 程序區(qū)域：不同型號的 MCU 有不同的程序區(qū)域用于仿真器，具體信息可參考文檔中的表格。在調(diào)試器啟動時，需要在 [配置屬性] 對話框中指定不會被用戶系統(tǒng)使用的區(qū)域。
• 引腳使用：仿真器通過 RESET# 引腳和 MODE 引腳控制 MCU。
• 中斷使用：BRK 指令中斷、地址匹配中斷、單步中斷和地址中斷被仿真器程序使用，用戶程序不要使用這些中斷。
• 堆棧區(qū)域：仿真器在用戶程序中斷時使用最多 8 字節(jié)的堆棧指針，因此要預(yù)留 8 字節(jié)的堆棧區(qū)域。
• 特殊功能寄存器（SFR）使用：部分 SFR 被仿真器程序和用戶程序共同使用，部分僅被仿真器程序使用，不要隨意更改這些寄存器的值，否則仿真器可能無法控制 MCU。
• 選項功能選擇區(qū)域：仿真器會設(shè)置選項功能選擇寄存器（OFS）和選項功能選擇寄存器 2（OFS2）的部分位，要注意這些設(shè)置對看門狗定時器和計數(shù)源保護模式的影響。
• 寄存器初始化：系統(tǒng)啟動時，仿真器會初始化 CPU 寄存器，具體初始值可參考文檔中的表格。
• RAM 初始化：仿真器會在啟動時將 MCU 內(nèi)部 RAM 區(qū)域（00400h - 004FFh）的部分內(nèi)容初始化為 “00h”。
• MCU 保留區(qū)域