为XMEGA-A1 Xplained开发板增加板载MKII编程器

shaoziyang

现在大部分开发板都自带仿真器或编程器了，无需外部的仿真器/编程器就可以下载程序，使用简单方便。而XMEGA-A1 Xplained需要外部的仿真器/编程器才能开发，非常不方便。而且XMEGA-A1 Xplained开发板只能使用支持JTAG或PDI的编程器，不支持ISP编程器，而我唯一支持JTAG/PDI的编程器AVRDragon在几年前就坏了，所以拿到XMEGA-A1 Xplained开发板后一直没法使用。
这个开发板上有两个单片机，一个是ATxmega128A1，它就是开发板的主MCU。另一个是AT90USB1287，它完成USB转串口的功能，但也可以控制ATxmega128A1的PDI接口。从硬件上看，是可以通过AT90USB1287实现控制ATxmeag128A1的，ATMEL一开始可能也有这样的想法。但是可能因为这个开发板推出得比较早（也许是赶时间来不及做），可能没有来得及完成，所以ATMEL官方网站上提供的程序并不支持这个功能，只能通过外部编程器/仿真器下载程序。
幸好在网上找到一篇介绍改造这个开发板方法的博客，按照这个方法成功将板载的AT90USB1287变成MKII编程器。整个过程无需外部编程器，只需要通过AT90USB1287内部的Bootloader就可以下载程序，非常方便。下面就详细进行介绍。
⒈首先是做准备工作，先仔细看看 https://fourwalledcubicle.com/blog/2010/02/mein-server/这个英文的博客，它详细介绍了升级操作的每个步骤。当然如果你不想看英文文档，那么就需要仔细看我下面的说明了。
⒉其次，下载并安装必要的软件和程序。
硬件：

• XMEGA-A1 Xplained开发板，
  
• miniUSB线，
  
• 杜邦线一根（用处在后面介绍）。
  

软件：（为了方便大家，所以软件都在附件提供下载，这是经过验证的可以正常使用的版本。当然也可以自己去官网下载最新版本）

• AVRStudio 或其他AVR开发软件
  
• avrgcc 编译器，这个大家应该都有，新版本的AVRStudio自带
  
• FLIP 这是ATMEL提供的一个FLASH编程软件，可以通过RS232、USB和CAN接口对芯片的FLASH进行编程。它可以运行在Windows 9x, Windows ME, WindowsNT, Windows2000, WindowsXP, Windows Vista, Windows 7, Windows 8 和 Linux x86等操作系统下。这个软件使用了Java编程，因此需要Java运行环境。这个软件也提供了两种安装程序，区别就在于是否打包了Java运行库，如果你已经安装了Java，那么就可以选择下载较小的不带Java运行库的安装程序。软件的网址在 https://www.atmel.com/tools/flip.aspx。
  
• LUFA库。LUFA (Lightweight USB Framework for AVRs, formerly known as MyUSB) 是一个开源的AVR8和AVR32单片机的USB协议栈。在https://www.fourwalledcubicle.com/XPLAIN.php中提供了预编译的HEX文件，但是经过测试，发现这个HEX文件不是太稳定，会造成模拟的MKII编程器在下载时不太稳定。所以，最好还是自己下载源码，然后进行编译。https://www.fourwalledcubicle.com/LUFA.php
  

⒊编译XPLAINBridge。将LUFA的源码展开后，进入projects/XPLAINBridge目录，然后在命令行下输入make进行编译，等编译完成后，得到XPLAINBridge.hex，就是我们需要写入AT90USB1287的程序了。
LUFA有多个版本，我开始下载了最新的LUFA 140302，在编译时总是提示有错误。这应该与我安装的AVRGCC编译器版本不是最新版有关，而我不想重新升级安装AVRGCC。于是又下载了LUFA 130901 ，这次编译非常顺利，很快就完成了。经过测试这个版本运行也很稳定。
⒋在升级前，还要先检查一下XMEGA-A1 Xplained开发板的版本。因为这个开发板有4种不同硬件版本，而版本一是不支持Bootloader的（因为在AT90USB1287中没有内置Bootloader程序，不能升级，需要外部的编程器才能将程序写入）。不过幸运的是版本一很少见，99%的人是不会遇到的。检查硬件版本的方法是看开发板方面的不干胶标签上的数字，如图

⒌进入Bootloader模式。方法是在开发板接入USB前，先将开发板左上方的JTAG USB接口（AT90USB1287的JTAG口）的1、2用短路块连接起来（也就是将TCK信号接地，如图），然后再将开发板通过miniUSB线连接到计算机。如果这时Windows提示安装新的驱动，或者在WIndows设备管理器中发现新的设备，说明已经进入Bootloader模式。如果提示安装驱动，就安装 {FLIP Install Directory}/usb 下的驱动。如果没有找到新设备也没有关系，基本上10次里面有8到9次是找不到的，这应该是这个Bootloader的一个bug，这时前面准备的杜邦线就用上了，在不拔下USB线的情况下，将JTAG USB的6脚和10脚短接（RESET接地），然后再取下。这时一般就可以找到新设备了。

⒍下载编译好的XPLAINBridge.hex到AT90USB1287。运行FLIP，用软件工具栏的第一个按钮选择芯片型号（AT90USB1287），用第二个按钮选择通信方式（USB）。再用第9个按钮选择编译好的HEX文件 XPLAINBridge.hex，然后按下左下角的“Run”，就开始下载了。下载速度很快，几秒就完成了。下载成功后，记得先取下JTAG USB上的短路块，然后按下“Start Application”按钮，这时会提示找到新的设备。安装 {LUFA Root Directory}/Projects/XPLAINBridge/ 目录下的 XPLAIN Bridge.inf 驱动就行。

⒎最后一步，就是进入PDI编程模式。在不连接USB的情况下，将JTAG USB的9、10用短路块相连（TDI接地），在连接miniUSB，就像前面那样。这时就会找到AVRISP mkII，通常这时可以自动安装驱动，因为安装AVRStudio软件时会自动安装了MKII的驱动程序。


⒏打开AVRStudio或者其他开发软件，编译一个测试程序。或者直接通过支持MKII的编程软件，下载已经编译好的测试程序。
⒐如果前面几步安装驱动时失败，说明你使用的是精简版Windows，缺少了几个相关的驱动文件，下载附件中的驱动软件并复制到windows即可。
参考：
https://fourwalledcubicle.com/blog/2010/02/mein-server/
https://www.atmel.com/tools/avrxplain.aspx

附件：
LUFA 130901版适合旧版本编译器，140302版适合新版本编译器
lufa-LUFA-130901.7z (2.17 MB, 下载次数: 2)
lufa-LUFA-140302.7z (2.35 MB, 下载次数: 2)
FLIP编程软件
Flip Installer - 3.4.7.112.zip (5.59 MB, 下载次数: 2)
缺少的驱动文件
mdmcpq.inf_usbser.sys.zip (26.87 KB, 下载次数: 1)
几个测试程序
AVR XPLAIN TEST.ZIP (57.52 KB, 下载次数: 1)