ㄆㄜㄊㄧㄡㄙˋ: Silicon Labs EFM8 微控制器開發環境建置 [3.0]

網頁最後修改時間：2020/09/04

從[1.1]網頁，開始說明如何以 Silicon Labs 的 EFM8 系列晶片（EFM8BB21F16G-QFN20）為主角，撰寫如何建置 8-bit Microcontrollers 的開發環境、如何建立專案以及如何進行韌體燒錄一系列的網頁。

此系列包含：

Silicon Labs Simplicity Studio 8-bit Microcontrollers 開發環境建置；
主要說明在 Simplicity Studio 建置 Silicon Labs 8-bit Microcontrollers 開發環境時所需要的軟體的下載和安裝。
Keil C51 的 Silicon Labs C8051 / EFM8 開發環境建置；
主要說明在 Keil µVision 建置 Silicon Labs 8-bit Microcontrollers 開發環境時所需要的軟體的下載和安裝。

如何建立一個 Simplicity Studio 專案檔；

如何匯入、修改和編譯官方（或既有的）Simplicity Studio v4 專案範例；
說明如何匯入已有的 Simplicity Studio 專案檔，進行編譯和修改。
Simplicity Studio v4 全新專案建置範例；
說明如何從頭建置一個新的 Simplicity Studio v4 專案檔。

如何匯入 Simplicity Studio v4 專案檔至 Keil C51；
說明如何匯入 Simplicity Studio v4 專案檔至 Keil C51，進行編譯和修改。

離線與 ISP（UART）燒錄；
燒錄 .hex 檔的說明，和使用 ISP（UART）燒錄韌體的方法。

此篇是這一系列的最後一篇，要來看看，怎麼使用工具軟體，燒錄指定的 EFM8 晶片韌體（只要是 Silicon Labs C8051 晶片系列都可以，只不過這裡有些地方的說明只屬於特定的 EFM8 系列晶片）。

使用 UART 燒錄 EFM8 韌體的步驟與方法

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本篇所需要的相關資料已放置於雲端資料夾，有購買商品的使用者，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。
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網頁所用到的開發板與燒錄模擬器：

Silabs Busy Bee EFM8BB2 開發板學習套件（含燒錄/模擬器）

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為了解講的方便，下面分為幾個小節做說明：

離線燒錄；

Silabs Flash Programming Utilities 燒錄說明；
Silabs MCU Production Programmer 燒錄說明；

ISP (UART) 燒錄；

取得需要的工具程式；
Keil µVision 轉檔指令設定；
燒錄 EFM8 UART Bootloader；
經由 UART 燒錄 EFM8BB21F16G-QFN20 韌體程式；
韌體測試；

【離線燒錄】

一般來說，程式撰寫之後可以直接使用 IDE 進行編譯和韌體燒錄的動作，但如果只是需要做韌體燒錄的話，那麼就需要獨立的燒錄軟體來用。

這裡所使用的燒錄軟體都是 SiLabs 官網所釋出的，穩定性很高，建議離線燒錄時使用。

在這小節需要的 Flash Programming Utilities 和 MCU Production Programmer 這兩個軟體，都可以在同一個官方網址 [ 下載 ]。

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* Offline-Programming - Silabs Flash Programming Utilities 燒錄說明：

下面介紹 Silicon Labs Flash Programming Utilities 的安裝步驟和燒錄韌體的方法。

下載下方提供的連結檔案：

Flash Programming Utility 下載（utildll.exe）

Silabs Flash Programming Utilities 燒錄說明 - 01

點擊 utildll.exe 開啟軟體安裝精靈。

按 "Next >" 進入到下一個畫面。

Silabs Flash Programming Utilities 燒錄說明 - 02

點選 🔘 I accept the ..，再按 "Next >" 進入到下一個畫面。

Silabs Flash Programming Utilities 燒錄說明 - 03

接下來的畫面是用來選擇安裝目錄的。

若沒有特別的需求的話，直接使用預設值做安裝即可。

按 "Next >" 進入到下一個畫面。

Silabs Flash Programming Utilities 燒錄說明 - 04

按 "Install" 進入到下一個畫面。

Silabs Flash Programming Utilities 燒錄說明 - 05

按 "是(Y)" 在軟體安裝完成之後，在桌面建立軟體捷徑。

Silabs Flash Programming Utilities 燒錄說明 - 06

軟體安裝中...

Silabs Flash Programming Utilities 燒錄說明 - 07

Silabs Flash Programming Utilities 燒錄說明 - 08

按 "Finish" 完成軟體安裝。

Silabs Flash Programming Utilities 燒錄說明 - 09

將 C8051F 燒錄模擬器接上電腦，並把灰色排線插到開發板上（不要漏了其中一步，否則燒錄器就會連不上開發板），這樣在開啟 Flash Programming Utility 時，"Connect/Disconnect" 頁籤裡的 USB Debug Adapter 才可以被選擇，其中

Debug Interface：用來選擇燒錄器使用的何種介面（JTAG 或 C2）；
根據晶片型號來選擇：C2（F3xx 以前的 MCU）介面，JTAG（F3xx 以後的的 MCU）介面。
** 對於 EFM8BB2 晶片系列就是選 C2 介面。
Debug Adapter：用來選擇燒錄器型式。
不用想了，就是選 🔘 USB Debug Adapter。
對於想要燒錄器給開發板供電的話，請勾選 Power target after disconnect。

Silabs Flash Programming Utilities 燒錄說明 - 10

☑ Disable Dialogs on Connect and Disconnect ：請勾選這個選項，避免燒錄器與開發板連線/離線時出現對話視窗（因為可以由燒錄器上面的燈號清楚知道燒錄的動作開始和停止）。
"Connect"：連線燒錄模擬器與學習開發板；
燒錄模擬器未與開發板連線時，Device Name: 不會出現任何連線中的晶片型號。

按下 "Connect" ，燒錄模擬器會嘗試與學習開發板晶片連線。

Silabs Flash Programming Utilities 燒錄說明 - 11

若連線成功的話，Device Name: 會出現偵測到的晶片型號，如下圖所示。

Silabs Flash Programming Utilities 燒錄說明 - 12

切換到 "Falsh Erase" 頁籤。

若此時按下 "Erase Code Space"，就可以擦除開發板主晶片 EFM8BB21F16G-C-QFN20 的記憶體資料。

取消勾選𐄂 Disable Dialogs on FLASH Erase 選項，否則執行記憶體擦除時不會有任何回應，會不清楚現在動作是否正常執行。

Silabs Flash Programming Utilities 燒錄說明 - 13

按下 "Erase Code Space"，會依序出現下面對話視窗，並完成記憶體清除的動作。

Silabs Flash Programming Utilities 燒錄說明 - 14

Silabs Flash Programming Utilities 燒錄說明 - 15

Silabs Flash Programming Utilities 燒錄說明 - 16

切換到 "Download Hex File/Go/Stop" 頁籤。

按下 "Browse" 按鈕開啟檔案總管。

Silabs Flash Programming Utilities 燒錄說明 - 17

選擇要燒錄的 .hex 檔案（這裡指的是 EFM8BB21G16G-QFN20_Demo01.hex），按下 "開啟(O)"。

Silabs Flash Programming Utilities 燒錄說明 - 18

按下 "Download" 按鈕開始下載。

Silabs Flash Programming Utilities 燒錄說明 - 19

如果出現下面這個訊息視窗，表示連線有問題，要確認電腦端、燒錄模擬器和學習開發板之間的接線是否有確實接好？

接線確認後，請重新再按下 "確定" 按鈕，再回到 "Connect/Disconnect" 頁籤下重新 "Connect"。

Silabs Flash Programming Utilities 燒錄說明 - 20

如果連線之後沒問題的話，就會出現下面視窗開始下載韌體。

Silabs Flash Programming Utilities 燒錄說明 - 21

一但韌體下載完成，就會出現燒錄成功的提示視窗。

按下 "確定"，完成韌體的燒錄並關閉提示視窗。

Silabs Flash Programming Utilities 燒錄說明 - 22

/*--*//**---/*///**---*-*////***--*/*///***----*///--*/*///**--*/*//**--**/*//
* Offline-Programming - Silabs MCU Production Programmer 燒錄說明：

下面介紹 Silicon Labs MCU Production Programmer 的安裝步驟和燒錄韌體的方法。

下載下方提供的連結檔案：

MCU Production Programmer 下載（MCUProductionProgrammer.zip）

Silabs MCU Production Programmer 燒錄說明 - 01

MCU Production Programmer 是可攜式軟體不需要安裝，解壓縮後就可以使用。

滑鼠雙擊解壓縮目錄下的 MCUProductionProgrammer.exe 打開軟體畫面。

Silabs MCU Production Programmer 燒錄說明 - 02

選單點選 "Program Menu -> Configure Programming Information"，開啟燒錄組態設定畫面。

Silabs MCU Production Programmer 燒錄說明 - 03

初次開啟的組態畫面如下所示。

Silabs MCU Production Programmer 燒錄說明 - 04

在 "Configure Programming Settings" 設定頁面中，請作如下設定：

Configuration \ Part Number:：設定頁面左上角處，選擇晶片型號為 EFM8BB21F16G-QFN20；
Configuration \ Settings：勾選 ☑ Erase code space before programming；

在 Configuration \ Hex File Location(s) \ Not Nanked: 欄位旁，按下右邊 "..." 按鈕；

Silabs MCU Production Programmer 燒錄說明 - 05

選擇要燒錄的 .hex 檔案（這裡指的是 EFM8BB21F16G-QFN20_Demo01.hex），按下 "開啟(O)"。

Silabs MCU Production Programmer 燒錄說明 - 06

確認剛剛的設定沒有問題之後，按下 "Accept Settings" 儲存設定並離開。

Silabs MCU Production Programmer 燒錄說明 - 07

回到主畫面，按下畫面中間 "Program Device" 按鈕，開始燒錄韌體。

Silabs MCU Production Programmer 燒錄說明 - 08

燒錄完成之後，Status Log 的欄位輸出，可以檢查燒錄是否成功？

Silabs MCU Production Programmer 燒錄說明 - 09

【ISP (UART) 燒錄】

這一個部分需要下面的文件和壓縮檔，請預先下載並解壓縮它。

參考文件與資料：

[ 下載網頁 ]

Application Node: AN945: EFM8 Factory Bootloader User's Guide (PDF)；
Example Code: AN945: EFM8 Factory Bootloader User Guide Software (AN945SW.zip)；

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* UART Programming - 取得需要的工具程式：

解壓縮 AN945SW.zip 到資料夾中，假設它解壓縮的目錄為 {AN945SW}。

{AN945SW} 中有三個資料夾：

ProductionDeviceHexfiles：編譯好的 EFM8 系列晶片的 Bootloader。
StartKitHexfiles：編譯好的 EFM8 Start Kit 的 Bootloader。
Tools：包含用於與 EFM8 Bootloader 一起使用的工具程式和 Python Script。

複製 {AN945SW}\Tools\Windows 資料夾中的兩個檔案：hex2boot.exe 和 efm8load.exe，其中，

hex2boot.exe：.hex 檔為 .efm8 檔的命令列轉換工具程式；
efm8load.exe：經由 UART 下載（燒錄）.efm8 檔到晶片的命令列工具程式；

取得需要的工具程式 - 01

將複製的兩個檔案，貼上到 EFM8 專案編譯之後的輸出資料夾裡（這裡指的是 {KEIL_EFM8_PRJ}\Project\Objects）。

這裡假設專案資料夾路徑是 D:\OneDrive\PTS\8051\Keil\Silabs\EFM8BB2\EFM8BB21F16G-C-QFN20_Demo01，縮寫為 {KEIL_EFM8_PRJ}。

取得需要的工具程式 - 02

/*--*//**---/*///**---*-*////***--*/*///***----*///--*/*///**--*/*//**--**/*//
* UART Programming - Keil µVision 轉檔指令設定：

打開 Keil µVision 專案選項設定視窗。

切換到 "User" 頁籤，勾選 After Build/Rebuild 下的 ☑ Run #1，並在其右方 User Command 欄位中輸入

.\Objects\hex2boot.exe .\Objects\@L.hex -o .\Objects\@L.efm8

上方的指令會在編譯後，直接將 EFM8BB21F16G_QFN20_Demo01.hex 檔轉換為 EFM8BB21F16G-C-QFN20_Demo01.efm8。轉換後的 .efm8 檔，是被用來做為 UART 燒錄的檔案。

按 "OK" 儲存設定並回到主畫面。

Keil µVision 轉檔指令設定 - 01

按 "Rebuild" 重新編譯程式。

Keil µVision 轉檔指令設定 - 02

完成編譯後，確認下方 "Build Output" 的輸出訊息，可看到剛剛建立的指令列成功被執行。

Keil µVision 轉檔指令設定 - 03

確認一下專案輸出資料夾，可看到 EFM8BB21F16G-C-QFN20_Demo01.efm8 已成功被轉檔。

Keil µVision 轉檔指令設定 - 04

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* UART Programming - 燒錄 EFM8 UART Bootloader：

EFM8 晶片在出廠的時候已預先燒錄了 Bootloader，不同的晶片支援不同的 Bootloader 燒錄方式（詳細的部分請參考文件 Table 1.1. EFM8 Device Bootloader Support 裡的說明）。對於EFM8BB21F16G-QFN20 來說，它的 Bootload 模式，只支援了 UART 韌體燒錄方式。

根據參考文件裡 Table 1.1. 表格裡所描述的，EFM8BB2x 系列晶片只支援 UART Bootloader，這是個不需要使用燒錄模擬器燒錄程式的方法，只需要 UART 轉 TTL 模組就能成事。

雖說 EFM8BB21F16G-QFN20 出廠時候已預先燒錄 UART Bootloader，但難說不會因為其他的原因被其他韌體程式覆寫了，所以下面就來學學怎麼燒錄 Bootloader。

檔案 {AN945SW}\ProductionDeviceHexfiles\EFM8BB2\EFM8BB21F16G_QFN20.hex 是 EFM8BB21F16G-QFN20 晶片預編譯好的 UART Bootloader 韌體程式。我們要做的就是燒錄這個韌體程式到晶片中，讓晶片擁有使用 UART 燒錄韌體的能力。

燒錄 EFM8 UART Bootloader - 01

開啟 FLASH Programming Utilities，切換到 "Download Hex File/Go/Stop" 頁面，按 "Browse" 打開檔案總管。

選擇 {AN645SW}\ProductionDeviceHexfiles\EFM8BB21F16G-QFN20.hex 後，按 "開啟(O)" 開啟此檔案。

燒錄 EFM8 UART Bootloader - 02

勾選 ☑ Erase all Code Space before download，然後按 "Download" 下載韌體。

燒錄 EFM8 UART Bootloader - 03

若按下 "Download" 後出現下面的警告視窗，表示燒錄模擬器還未連線，但這不表示是燒錄模擬器未插上電腦，而是必須插上電腦又要確認能夠與其通訊的意思。

請先按 "確定" 關閉此警告視窗。

燒錄 EFM8 UART Bootloader - 04

** 請確認燒錄模擬器已插上電腦，並與 EFM8BB2 學習開發板接好線。

切換至 "Connect/Disconnect" 頁籤，按下 "Connect" 與燒錄模擬器和學習開發板進行連線。

燒錄 EFM8 UART Bootloader - 05

如果沒出現任何問題，就會出現成功連線的訊息。

燒錄 EFM8 UART Bootloader - 06

如果有成功偵測到接上的學習開發板，關閉連線成功的提示視窗後，下方的 Device Name: 就會出現偵測到的晶片型號。

燒錄 EFM8 UART Bootloader - 07

切換到 "Download Hex File/Go/Stop" 頁籤，按下 "Download" 開始下載選定的韌體。

燒錄 EFM8 UART Bootloader - 08

成功燒錄之後，會出現提示韌體下載成功的視窗。

按下 "確定"，完成韌體的燒錄並關閉提示視窗。

燒錄 EFM8 UART Bootloader - 09

同樣的燒錄步驟，可為 EFM8 系列的晶片燒錄其 Bootloader。

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* UART Programming - 經由 UART 燒錄 EFM8BB21F16G-QFN20 韌體程式：

準備好了 .hex 轉換之後 Boot Record 檔（.efm8），下面來看看怎麼使用 UART 做韌體燒錄。

準備一個 USB 轉 TTL 模組或 RS232 線，然後進行下面的接線。

若使用USB 轉 TTL 模組作為燒錄韌體的工具，其與學習開發板之間的接線就如下表所示：

EFM8BB21 開發板兩側接腳	USB 轉 TTL 模組
<P0.4>（UART0 TX）	<RXD>
<P0.5>（UART0 RX）	<TXD>
<+5V>	<+5V>
<GND>	<GND>
<GND>	P2.0 (C2D)

EFM8BB21F16G-QFN20 UART 燒錄韌體的實體接線圖

若使用 RS232 線作為燒錄韌體的工具，則學習開發板內部的接線就如下表所示：

EFM8BB21 開發板兩側接腳	EFM8BB21 開發板中間 2x5 接腳
<P0.4>（UART0 TX）	<RXD>
<P0.5>（UART0 RX）	<TXD>
<GND>	P2.0 (C2D)

使用 UART 燒錄時，必須讓學習開發板開機時進入到 Bootload 模式。這條件可成立於開機或重置時，讓 <P2.0> 維持在低電壓準位至少 50 us（要不就開機時直接接地也可以，其他方法請看參考文件 5.3.1 Entering Bootload Mode）。

成功進入到 Bootload Mode 後，在燒錄檔案的目錄下，開啟 "命令提示字元" 應用程式，並輸入下面的指令：

efm8load.exe -b 115200 -p COM5 EFM8BB21F16G-C-QFN20_Demo01.efm

如果學習開發板沒有進入到 Bootload Mode，那麼就會出現 [15] 的錯誤訊息。

如果學習開發板進入到 Bootload Mode，那麼成功燒錄之後，就會輸出如下圖最後一段的訊息。

EFM8BB21F16G-QFN20 UART 燒錄韌體的指令

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* UART Programming - 韌體測試：

這一小節展示的範例，會從 UART 輸出一段提示訊息，再等待使用者輸入一個字元，最後將該字元以 16 進位的方式輸出。

要進行韌體測試，請預先好準備 USB 轉 TTL 模組或 USB 轉 RS232 線。

根據 EFM8BB21F16G-C-QFN2_Demo01.c 裡面的說明，

// Program Description:
//
// This program demonstrates how to configure the EFM8BB2 to use routines
// in STDIO.h to write to and read from the UART0 interface.  The program
// reads a character using the STDIO routine getchar(), outputs that character
// to the screen, and then outputs the ASCII hex value of that character.
//
// Resources:
//   SYSCLK - 24.5 MHz HFOSC0 / 1
//   UART0  - 115200 baud, 8-N-1
//   Timer1 - UART0 clock source
//   P0.4   - UART0 TX
//   P0.5   - UART0 RX

第一種測試方式是使用 USB 轉 TTL 模組，直接將 USB 轉 TTL 模組的接腳，與 EFM8BB2 學習開發板兩邊的晶片接腳相連接即可，電源也使用 USB 轉 TTL 模組的不用外接；此方法不需要用到開發板上的 RS232 晶片。

兩者之間的接線，如下表所示：

EFM8BB21 開發板兩側接腳名稱	USB 轉 TTL 模組
<P0.4>（UART0 TX）	<Rx>
<P0.5>（UART0 RX）	<Tx>
<+5V>	<+5V>
<GND>	<GND>

第二種測試方式是使用 USB 轉 RS232 線，不過這需要預先將 EFM8BB2 學習開發板上的 RS232 晶片的 <TxD> 和 <RxD> 接腳預先連接到 <P0.5> 和 <P0.4>，然後接上 USB 轉 RS232 線到開發板上的 DB9 接頭，才能進行測試。

兩者之間的接線，如下表所示：

EFM8BB21 開發板兩側接腳名稱	EFM8BB21 開發板中間 2x5 接腳名稱
<P0.4>（UART0 TX）	<RXD>
<P0.5>（UART0 RX）	<TXD>

開啟電腦的測試軟體，按下開發板上面的紅色按鈕通電（或通電狀態下，按下開發板上的 RESET 按鈕），UART 通訊軟體中就會出現 Enter character:，然後輸入 A 和 Z，就如下圖所示。

韌體測試 UART 輸出訊息

【結論】

本篇關於 EFM8 的離線燒錄，提供了兩種官方工具軟體，讓用戶能自行選擇要用哪一種？每一種的目的雖然都是用來燒錄韌體，但是用的地方還是有所差異的。像是 MCU Production Programmer，就能根據不同的 MCU 載入預先的組態設定進行燒錄，但是 Flash Programming Utilities 就只能根據每次的晶片做組態設定。

EFM8BB21F16G-QFN20 支援 UART Bootloader，所以能以 UART 的方式做韌體的燒錄，對於不適用於使用燒錄模擬器的場合是很方便的一種作法，文中也同時提出了 Bootload 重新燒錄的方法和步驟。

希望這一系列關於 EFM8 微控制器開發環境建置的網頁，對於想要學習 EFM8 系列晶片的使用者能有所幫助。

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2020年9月4日星期五

Silicon Labs EFM8 微控制器開發環境建置 [3.0]－離線與 ISP（UART）燒錄

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2020年9月4日 星期五

Silicon Labs EFM8 微控制器開發環境建置 [3.0]－離線與 ISP（UART）燒錄

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