使用現代化線上除錯器加速原型設計和程式碼更新

即使嵌入式系統越來越複雜，但開發人員仍面臨加快產品出貨的壓力。線上除錯器 (ICD) 就可在此發揮關鍵作用，有助於快速識別和修正錯誤。然而，傳統的除錯器體積龐大、不靈活且難以使用，因此不符合當今的開發要求。

開發人員可以選擇現代化的解決方案，不僅緊湊、具有延伸功能性，更具備方便開發人員使用的工具組。尤其，更應該尋求可在實驗室和現場取得快速開發和產品更新的支援。

本文將概述 ICD 的作用與要求。接著會介紹 Microchip Technology 的解決方案，並以此為例說明開發人員在挑選現代化 ICD 時的注意事項。此外，也會介紹相容的開發工具、入門技巧，以及在生產環境中運用 ICD 的快速指南。

ICD 的優點和難題

ICD 是一種工具，會與裝在目標硬體中的處理器連接。此連接可在系統運行期間提供處理器的即時存取，以便進行逐步執行與記憶體檢查等任務。線上燒錄器 (ICP) 就以這些功能為基礎打造，可將程式碼和資料寫入處理器記憶體中。總之，這些特性對嵌入式開發過程相當重要。

但是，傳統的除錯器需具備專門的技能和開發環境，因此實用性有所限制。這些除錯器在對生產硬體進行故障排除時也可能有所侷限，而且往往需要 JTAG 連接，礙於成本和空間的限制，對生產硬體的實作來說不切實際。此外，要在現場環境中納入除錯所需的專用軟體和硬體可能很麻煩。

Microchip Technology 的 PG164150 MPLAB PICkit 5 ICD/ICP 可克服這些限制。除其他功能外，更可透過具有低功耗藍牙 (BLE) 連線的智慧型手機應用程式操作。如此一來，技術人員就可在現場部署程式碼映像，大幅提高錯誤修正和軟體更新的可能性。

MPLAB PICkit 5 的主要特點

MPLAB PICkit 5 是一款多功能裝置，可支援幾乎所有 Microchip Technology 微控制器單元 (MCU) 和數位訊號控制器 (DSC)，包括 PIC、dsPIC、AVR 和 SAM (Arm® Cortex® 架構) 裝置。如圖 1 所示，此工具整合了一個 microSDHC 卡槽，因此能儲存多個裝置記憶體映像。

圖 1：在此概覽 MPLAB PICkit 5，並重點顯示其主要特點。(圖片來源：Microchip Technology)

MPLAB PICkit 5 可透過 USB Type-C 纜線連接到主機，因此可由此纜線或透過目標裝置進行供電。除錯器還含有 BLE 連線，可讓使用者用智慧型手機存取此工具。

此除錯器在目標端具有一個 8 引腳編程連接器，可支援多種介面。包括 4 線 JTAG、序列線除錯 (SWD)、乙太網路、向下相容的 2 線 JTAG，以及線上序列編程 (ICSP)。Microchip Technology 提供可支援全部這些介面的 AC102015 配接器板 (圖 2)。

圖 2：AC102015 配接器板可容納多種介面。(圖片來源：Microchip Technology)

除錯器支援 1.2 V 至 5.0 V 的目標電源電壓，可用於低壓程式模式輸入，以及 1.8 V 至 5.0 V 的目標電源電壓，可用於高壓程式模式輸入。還可以直接為目標裝置提供 150 mA 的電流。

其他功能包括虛擬通訊埠 (VCOM)、多個硬體和軟體斷點、用於計時操作的秒錶，還可直接對原始程式碼檔案進行除錯。除錯器由運行即時作業系統 (RTOS) 的 300 MHz ATSAME70N2 MCU 供電，可確保在切換裝置時不會發生韌體下載延遲的情況。這種板載智慧還可讓除錯器支援新的目標裝置和功能。

相較於 MPLAB PICkit 4 和 MPLAB PICkit 3 的重要改進

MPLAB PICkit 系列不斷演進，每次迭代都在靈活性、速度和裝置相容性上有所改進。表 1 統整了 MPLAB PICkit 5 相較於之前產品的關鍵升級。

表 1：MPLAB PICkit 5 與前代產品相比具有許多優勢。(表格來源： Kenton Williston)

MPLAB PICkit 5 支援的開發環境

MPLAB PICkit 5 支援的開發環境包括：

• MPLAB X 整合式開發環境 (IDE) 是用於嵌入式系統開發的全功能軟體套件。
• MPLAB 整合式編程環境 (IPE) 是簡化的應用程式，其中含有生產模式，可讓技術人員以 Microchip Technology 處理器為基礎打造產品。
• MPLAB X 中含有 MPLAB Programmer-To-Go（PTG) 功能，可搭配 iOS 和 Android MPLAB X 智慧型手機應用程式使用。

智慧型手機應用程式 (圖 3) 尤其值得注意，能讓使用者以直覺的流程，以遠端方式對目標硬體進行編程：

• 程式碼運用 MPLAB X 開發，並編譯成 .ptg 十六進位檔，在其中裝入程式碼、資料和組態資訊。
• 此十六進位檔可下載到 microSDHC 卡中，就可插入 MPLAB PICkit 5。
• microSDHC 卡可以容納多個十六進位檔，能讓使用者靈活地對目標裝置進行編程。
• MPLAB PICkit 5 已插入目標硬體。
• 使用者可透過智慧型手機的應用程式，挑選存在記憶卡中的程式映像，就可對目標進行編程。

圖 3：MPLAB PTG 智慧型手機應用程式提供直覺的介面。(圖片來源：Microchip Technology)

MPLAB PTG 在遠端或行動環境中特別實用，因為在該處加裝額外設備不切實際。無需電腦就可在現場直接進行裝置的編程，可有效將 MPLAB PICkit 5 轉變為獨立的編程工具。

對開發人員來說，這有助於快速進行現場韌體更新，加快開發週期並縮短上市時間。如此一來，技術人員就可使用 MPLAB PTG 更新其他現場裝置，進而快速推出產品升級。此工具對於需要快速重新編程，以恢復裝置功能的緊急情況來說很有價值。

MPLAB PICkit 5 入門

MPLAB PICkit 5 搭配 MPLAB X IDE 一起使用，對任何嵌入式開發人員來說應該是熟悉的過程。基本步驟如下：

• 安裝：必須安裝最新版本的 MPLAB X IDE。MPLAB PICkit 5 通常無需額外的驅動程式即可獲得支援，但開發人員應查看 Microchip Technology 網站取得最新資訊。
• 專案設定：在建立新專案時，可以選擇 PICkit 5 當作編程與除錯用的硬體工具。可在「Hardware Tool」類別下的專案屬性中進行選擇。
• 編程：專案配置且程式碼備妥後，就可啟動「Make and Program Device」按鈕對 MCU 進行編程。

MPLAB IPE 可在生產環境中為技術人員提供更直覺的流程。使用此工具的關鍵步驟如下：

• 配置：需在可用工具中選擇 MPLAB PICkit 5。接著要選擇目標裝置 (MCU 型號) 和要編程的十六進位檔。
• 編程：裝置和十六進位檔選定後，既可按下「Program」按鈕對 MCU 進行編程。若有必要，MPLAB IPE 會抹除目標裝置、對其進行編程，並驗證編程。

無論在哪種環境中，使用者都可能會遇到技術難題。通常，這些困境都是簡單的問題引起的，可以按以下方式解決：

• 確保正確連接：開發人員應檢查與主機和目標裝置的連接。如果使用 ICSP 介面，應注意連接器的方向。
• 檢查電源設定：應檢查電源設定。某些裝置可能直接由 MPLAB PICkit 5 供電，而其他裝置可能需要外接電源。
• 更新韌體：Microchip Technology 會定期發佈 MPLAB PICkit 5 的韌體更新。開發人員應確保安裝最新版本。

與 MPLAB PICkit 5 相容的開發套件

MPLAB PICkit 5 與多種開發套件相容，這些套件專為應用程式的學習、原型設計和開發而設計。以 DM164137 這個 Curiosity 低引腳數 (LPC) 開發板為例，就支援 8、14 或 20 引腳，且專為 PIC MCU 實驗而設計。這些開發板通常含有一個整合式編程器和除錯器，但像 MPLAB PICkit 5 這樣的外部工具則可提供額外的功能。開發人員應檢查板載編程器是否可透過跳接器的選項斷開連接。

Xpress 評估板 (如 PIC16F18855 的 DM164140) 則是另一個例子。這些板可利用特定 PIC MCU 進行快速原型設計。即便內建編程器和除錯器，但開發人員還是可以使用 MPLAB PICkit 5 在專案間達到一致性，或使用此除錯器專屬的功能。

Microchip Technology 也有提供入門套件，如 DM320105 PIC32MX XLP 評估板，其提供快速開始開發所需的軟硬體。MPLAB PICkit 5 對套件中隨附的 MCU 可有效進行編程與除錯，提供順暢的體驗。

結論

現代化 ICD 有助於開發人員加快開發週期並在現場推出產品更新。與以前的除錯器相比，MPLAB PICkit 5 支援更廣泛的目標裝置、連接選項和軟體工具，可提供更大的靈活性和實用性。其提供的智慧型手機應用程式特別值得注意，如此就可在傳統除錯器難以存取的環境中使用 MPLAB PICkit 5。