2020年8月10日 星期一

nuvoTon（新唐）8bit 8051 微控制器開發環境建置 [2]－如何建立一個全新的 Keil 專案檔（以新唐 N76E003 晶片為例）

網頁最後修改時間：2020/08/10
從上一篇，開始說明如何在 Keil µVision 5 建立 nuvoTon（新唐） 8-bit 8051 MCU（微控制器）的韌體開發環境，主要分為下面幾個部分：
  1. Keil C51 開發環境建置所需軟體安裝；
    主要說明建置開發環境時所需要的軟體的下載和安裝。
  2. 如何建立一個全新的 Keil 專案檔（以新唐 N76E003 晶片為例）；
    包含樣本檔的建立、一鍵燒錄設定和除錯設置等...。
  3. 離線和 ISP（UART）燒錄；
    NuMicro ICP Programming Tool 燒錄 .hex 檔的說明，和使用 ISP（UART）燒錄韌體的方法。
這一篇是此系列的第二篇，主要的目的是要利用上一篇安裝好的新唐 8051 微控制器開發所需要的軟體後，在 Keil 創建專案的同時，順手設定好相對應的專案參數選項。如此，就能在  Keil C51 順利編譯、一鍵燒錄和硬體除錯。

N76E003AT20 晶片, source: direct.nuvoton.com

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有購買商品的使用者，網頁中用到的相關資料已放置於雲端硬碟，請自行下載使用！
其餘的使用者，請自行依照提供之連結下載相關資料，程式碼複製貼上使用！
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網頁所用到的開發板與燒錄模擬器：
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經過前一篇軟體的安裝，Keil C51 現在已支援新唐的 8051 系列微控制器，如今要建立一個專案並不困難。

要完成本篇的目的，有下面幾個工作需要被完成：
  • 下載 N76E003 開發板支援套件（BSP, Board Support Package）；
  • 建立專案資料夾目錄結構；
  • 建立 Keil 專案（Create a new µVision project）；
  • Keil 專案項目設定（Manage project items）；
  • Keil 專案目標選項設定（Options for target）；
  • Keil 專案編譯與程式燒錄；
    • 撰寫 LED Blink 程式碼；
    • 改寫 LED Blink 為低態觸發；
開始之前，先定義兩個縮寫字：
  • {BSP}：代表 N76E003_BSP_Keil_C51_V1.0.6 資料夾路徑；
  • {Template}：代表 N76E003_Template 資料夾路徑；

【下載 N76E003 開發板支援套件】

新唐有提供 N76E003 的 BSP（Board Support Package, 開發板支援套件）方便用戶程式開發使用，它類似於 Arduino 的函式庫，可加快開發和減少用戶開發時翻閱資料手冊的時間，讓用戶能更專注於的開發上。

下載的網頁和網址：
N76E003 軟體下載頁
下載（檔名為 N76E003_BSP_Keil_C51_V1.0.6.zip）後，解壓縮檔案到所要的目錄中。

資料夾目錄結構如下圖所示，其中：
  • Common\
    包含時間延遲和基本 UART 鮑率設定的常用子函式，大多是 .c 檔的格式。
  • Include\
    存放所有標頭檔和定義的地方。
  • Sample_Code\
    N76E003 晶片的官方參考範例程式。
    N76E003 ADC / PWM / SPI / I2C 等...各功能函數怎麼使用？程式碼怎麼撰寫？這裡有很多範例程式可參考。
  • Startup\
    放置啟動檔案（Startup file）的資料夾，也就是 STARTUP.A51。
  • RM_N76E003 CMSIS BSP Guide v1.06.pdf
    BSP 資料夾各目錄和 Sample_Code 裡各範例程式的說明。
N76E003 開發板支援套件資料夾目錄結構
建立一個新專案的同時，我們會用到 BSP 提供的這些目錄和目錄中的檔案，來建立基本的專案資料夾，並根據此資料夾的目錄結構，設定 Keil 專案的檔案群組和選項。只有設定好這些與專案相關的路徑與檔案，專案才能正確地被編譯、燒錄和除錯。

【建立專案資料夾目錄結構】

建立一資料夾（命名為 N76E003_Template），裡面結構如下：

N76E003_Template 資料夾目錄樹狀結構
然後進行下面複製貼上的動作：
  1. 複製 {BSP} 的 Common 和 Include 兩個資料夾到 {Temprate}\Libraries\FWLib\ 資料夾下面；
  2. 複製 {BSP}\Startip 資料夾裡的檔案 STARTUP.A51 到 {Temprate}\Startup\ 資料夾中；
  3. 在 {BSP}\User 資料夾中建立一個 main.c 檔案；
到這裡就算是已經完成基本的專案資料夾的建立。每次建立新專案的時候，都可以把上面的這個資料夾，整個複製後改名成想要的名稱後做使用；也就是說這是一個全新未經過任何設定的專案用資料夾，裡面的專案設定什麼的都是空的。

【建立 Keil 專案】

有了專案資料夾之後，開啟 Keil µVision5 準備建立一個新的 Keil 專案。

點選 "Project \ New µVision Project..."。

建立 Keil 專案 - 01
儲存專案檔在專案資料夾 {Template}\Project\ 下，並命名為 N76E003_Template。

建立 Keil 專案 - 02
專案建立的同時，在 {Template}\Project 資料夾下會同時再產生兩個目錄：Listings 和 Objects，用於放置編譯時所產生的檔案。

燒錄所需要的 .hex 檔，編譯後會新增到 {Template}\Project\Objects 資料夾中，燒錄時要到這個地方找。

Listings 和 Objects 資料夾裡面的檔案，在需節省磁碟空間的時候，可以完全刪除掉這兩個資料夾裡的檔案，只留下 .hex 檔。

建立 Keil 專案 - 03
接著，由 "Device" 頁籤上面的下拉選單中，選擇 "Nuvoton 8051 Devices"，下方的晶片型號選擇 N76E003。

按 "OK" 進入到下一個畫面。

建立 Keil 專案 - 044 
由於 STARTUP.A51 是從 {BSP} 複製過來，所以不需要由 µVision 再做複製的動作。

按 "否(N)" 儲存專案並離開。
建立 Keil 專案 - 05
至此，專案基本上已經建立。接下來要做的就是，把專案資料夾中的標頭檔 *.h 和來源檔 *.c ，分別設定到專案目標選項和專案項目中，然後再把燒錄、模擬和除錯相關參數指定對，那麼就完成了整個專案的設定了。

【Keil 專案項目設定】

滑鼠左擊 Target 1 選擇 "Manage Project Items"，開啟專案項目管理視窗。

Keil 專案項目設定 - 01
相關欄位值修改如下：
  • Project Targets: 欄位值修改為 N76E003_Template；
  • Groups: 欄位下面新增 Startup、User 和 Common 三個群組；
  • Files: 欄位下對應的是前面 Groups: 選擇之後對應包含的檔案，可由下面 "Add Files..." 加入檔案；
    •  Startup 選擇加入 {BSP}\Startup\STARTUP.A51；
      檔案類型選擇 Asm Source file (*.s;*.src;*.a*)。
    • User 選擇加入 {BSP}\User\main.c；
    • Common 選擇加入 {BSP}\Common 下的 Common.c 和 Dealy.c；
Keil 專案項目設定 - 02
Keil 專案項目設定 - 03
Keil 專案項目設定 - 04
Keil 專案項目設定 - 05


完成專案項目的設定後，整個專案項目目錄就如下圖所示。

Keil 專案項目設定 - 06

【Keil 專案目標選項設定】

滑鼠左擊 N76E003_Template，下拉選單選擇 "Options for Target 'N76E003_Template'..."。

Keil 專案目標選項設定 - 01
點選 "C51" 頁籤，按下下方 Include Paths 欄位右邊的 "..." 按鈕，會出現一個添加路徑的對話框。

新增一個路徑欄位，再點選旁邊的按鈕加入 {Template}\Libraries\FWlib\Include 資料夾路徑。

要特別注意的是：Keil 只會在同一層的資料夾中搜尋，如果該資料夾下面還有子目錄的話，路徑一定要往下添加到最後一層子目錄中。

最後按 "OK" 回到上一個畫面。

Keil 專案目標選項設定 - 02
接著定義 CPU 的頻率。由於是使用內建的時脈產生，所以設定為 16 MHz（FOSC_160000）。

如果之後要使用除錯的話，則 Code Optimization 的 Level: 請改選 4: Register variables。

** 如果要先儲存剛剛設定的參數的話，請按下 "OK" 再重新開啟專案目標選項設定的對話視窗，要不就直接切換到其他頁籤繼續做設定。

Keil 專案目標選項設定 - 03
點選 "Output" 頁籤，勾選  [✔]Create HEX File 或如下圖所示。

"Select Folder for Objects..." 預設使用的輸出目錄為 {Template}\Project\Objects，若沒有特別需求的話，維持預設值即可。

Keil 專案目標選項設定 - 04
點選 "Debug" 頁籤，點選右方的 Use 並選定 Nuvoton 8051 Keil C51 Driver 或如下圖所示。

Keil 專案目標選項設定 - 05
最後點選 "Utilities" 頁籤，點選右方的 Use Target Driver for Flash Programming 並選定 Nuvoton 8051 Keil C51 Driver 或如下圖所示。

按 "OK" 儲存所有設定後離開。

Keil 專案目標選項設定 - 06
有一點在設定時要特別注意，也就是在按下 "OK" 離開之前，所有的設定都是沒有儲存的！所以只要中間步驟有中斷掉，全部都要重來一遍。所以，除非有信心能把上面設定一次做好，否則建議每做好一個頁面的設定後，就按下 "OK" 儲存後離開再重新進入做設定。

/*-/--*-*/*/*/*/***//-*-*-**-*/*-*-/*/*/*-*-/-////--/**/**--**/--///--//**----**//--**//**----***//*-**//*
關於燒錄器更詳細的使用方式，以及像是在 IAR 和 CooCox CoIDE 使用的設定，可參考新唐官網的 Nu-Link 的用戶手冊，它裡面有說明，這跟套件中所使用的燒錄模擬器是相容的。
nuvoTon Nu-Link 官方網頁
用戶手冊 V1.01 [中文] [英文]
/*-/--*-*/*/*/*/***//-*-*-**-*/*-*-/*/*/*-*-/-////--/**/**--**/--///--//**----**//--**//**----***//*-**//*

【Keil 專案編譯與程式燒錄】

如果上面關於專案的設定都做得正確的話，接下來就只剩下撰寫 main.c 的程式碼了。

/*--*//**---/*///**---*-*////***--*/*///***----*///--*/*///**--*/*//**--**/*//
* 撰寫 LED Blink 程式碼：

複製 / 貼上下面的程式到 main.c。
N76E003_Template, main.c
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#include "N76E003.h"
#include "SFR_Macro.h"
#include "Function_define.h"
#include "Common.h"
#include "Delay.h"

const bit ON   = 1;
const bit OFF  = 0;

sbit Led = P1^2; // method 01
// sbit LED = P12; // method 02

void main() {
    Set_All_GPIO_Quasi_Mode; // Defined in Funciton_define.h
 
    while(1) {
 //** on 100, off 1000
 Led = ON;
        Timer0_Delay1ms(100);        
        Led = OFF;
        Timer3_Delay100ms(10);
    }
}

其中，
  • line  1 ~  5：基本上，這 5 個標頭檔，就是撰寫 N76E003 韌體基本需要的文件；
  • line  7 ~  8：這兩個常數是作為 LED亮滅指定用的；
  • line       10：定義板載 LED 的位址；
  • line       14：設定 N76E003 的接腳為近似雙向模式（Quasi-bidirectional）；
  • line 18 ~ 21：ON 100ms, OFF 1000ms；
按下 Keil µVision 畫面左上角的按鈕（兩顆都可以按）開始編譯。

撰寫 LED Blink 程式碼 - 01
下方輸出欄中，除了警告（Warning）之外，沒有任何錯誤！所以還是會產生一個 HEX 檔案在 {Template}/Project/Objects 資料夾中（檔案名稱為 N76E003_Template.hex），這個檔案是可以燒錄到 N76E003 晶片中的。

撰寫 LED Blink 程式碼 - 02
這個 WARNING L16 的警告，是因為有函式沒有被呼叫到所導致，但是不影響 HEX 檔的生成，不過會佔掉一些空間，接下來就先來解決這個問題。

撰寫 LED Blink 程式碼 - 03

/*--*//**---/*///**---*-*////***--*/*///***----*///--*/*///**--*/*//**--**/*//
* 解決 *** WARNING L16: UNCALLED SEGMENT, IGNORED FOR OVERLAY PROCESS：

下面是在網路上面找到的解決方法，可以去除 WARNING L16 的警告出現，並恢復被多佔據的空間。

滑鼠左擊 N76E003_Template，下拉選單選擇 "Options for Target 'N76E003_Template'..."。

切換到 "Device" 頁籤，勾選 [✔] Use Ectended Linker (LX51) instrad of BL51。

"OK" 可以先不按。

WARNING L16 解決方法 - 01
切換到 "LX51 Misc" 頁籤，在 Misc controls 欄位填入 REMOVEUNUSED，然後按 "OK" 儲存後離開。

WARNING L16 解決方法 - 02
按 "Rebuild" 重新進行編譯。

可以發現，編譯輸出中沒有再出現 WARNING L16 警告了，而且編譯後的大小也小了很多。

WARNING L16 解決方法 - 03
燒錄當然也不會有什麼問題！

不過燒錄之前請先接好燒錄模擬器和開發板（如下圖所示），否則除錯、模擬和燒錄都不會動作！

燒錄模擬器與 N76E003 系統板接線示意圖
WARNING L16 解決方法 - 04

/*--*//**---/*///**---*-*////***--*/*///***----*///--*/*///**--*/*//**--**/*//
* 改寫 LED Blink 為低態觸發：

由於一開始忘記板載的 LED 是採用低態觸發的，因此燒錄好韌體之後的 LED 亮滅是反向的。

下面的程式碼是改寫 LED 為低態觸發的程式碼，請複製貼上後重新編譯再燒錄
N76E003_Template, main.c
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#include "N76E003.h"
#include "SFR_Macro.h"
#include "Function_define.h"
#include "Common.h"
#include "Delay.h"

const bit OFF   = 1;
const bit ON    = 0;    // active low

sbit Led = P1^2; // method 01
// sbit LED = P12; // method 02

void main() {
    Set_All_GPIO_Quasi_Mode; // Defined in Funciton_define.h
 
    while(1) {
 //** on 100, off 1000
 Led = ON;
        Timer0_Delay1ms(100);        
        Led = OFF;
        Timer3_Delay100ms(10);
    }
}

紅色框是主要改寫的部分。

按 "Rebuild" 重新進行編譯。

改寫 LED Blink 為低態觸發 - 01
按 "Download" 重新下載。

改寫 LED Blink 為低態觸發 - 02
一但完成韌體的燒錄後，按一下開發板上的 RESET 按鈕，板子上面的 LED 就會重複循環的亮 100ms 滅 1000ms，恢復正常動作了。

【結論】

雖然這一篇沒有說到任何撰寫程式的技巧，但是已經把程式撰寫的環境佈置好了，只要之前有過 8051 單晶片的開發經驗，N76E003 只不過就是多了其他週邊功能的加強板的 8051 單晶片而已，語法上沒什麼太大不同，加上其 {BSP} 中有很多的程式範例可供學習參考，相信各位聰明的看倌，要學的話很快就能學會！

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