USB программатор параллельных Flash и EEPROM микросхем памяти

Приветствую всех посетителей портала cxem.net. В этой статье хочу представить свою очередную разработку - USB программатор параллельных Flash и EEPROM микросхем памяти.

На разработку этого устройства меня подтолкнула банальная лень. У меня есть в загашнике небезызвестный универсальный программатор Willem, который подключается к LPT- порту компьютера, но каждый раз доставать старый системный блок и подключать его ко всей периферии для прошивки одной-двух микросхем мне очень надоело. Очень хотелось программатор, который можно подключить к USB порту современного ноутбука, быстро прошить что-нибудь и убрать обратно на полку. Покупать заводской программатор USB по баснословной цене ради редкой прошивки пары флешек - это не моя тема. Поэтому я решил изобрести свой "велосипед". Тем более у меня были кое-какие наработки по этой теме (возможно кто-то видел мою статью про USB программатор AVR,SPI_Flash,I2C_EEPROM).

За основу программатора я взял микроконтроллер STM32F107VCT6 в 100-выводном корпусе (просто он у меня был, как-то купил от жадности по дешёвке пару штук на Aliexpress). У данного микроконтроллера достаточное количество портов ввода-вывода, есть хардверный USB-OTG, он 32-битный и работает соответственно с 32 битными переменными, а больше для моего проекта и ничего не надо.

Всю схему можно условно разделить на три части: микроконтроллер, который принимает-отправляет пакеты данных по USB, обрабатывает их и управляет остальной периферией, преобразователи логических уровней, выполненные на микросхемах 74LVC8T245, которые преобразуют логический уровень 3,3 вольта от микроконтроллера в 5 вольтовый или 3,3 вольтовый, и высоковольтная часть, которая преобразует 5 вольт шины USB в 12,5 вольт и 14,5 вольт.

Принципиальная схема цифровой части программатора:

В "цифровой" части схемы находится сам микроконтроллер U1 со своей обвязкой, пять преобразователей логических уровней U2-U6 (или шинных формирователей, если угодно), два электромагнитных пятивольтовых реле RL1-RL2, которые коммутируются через транзисторы Q1 и Q2, преобразователь напряжения low drop AMS1117 (U7) на 3,3 вольта а также разъёмы для подключения программируемых микросхем. Обратите внимание, что контакт питания разъёма программирования "VCC", а также питание правой половины всех преобразователей логических уровней подключаются через джампер S1 "SWITCH V_PROG" либо к 5 вольтам шины USB (VUSB), либо к 3,3 вольтам внутренней шины питания, это позволяет программировать микросхемы, которые питаются как от 5 вольт, так и от 3,3 вольт. Также дополнительно выведен разъём с I2C и SPI шинами микроконтроллера. Этот разъём используется для программирования SPI_flash (в данной версии пока не реализовано) и I2C_EEPROM (уже реализовано). 

Расскажу подробнее про разъём программирования XS1: его распиновка соответствует разъёму программатора EzoFlash (это аналог Willem для самостоятельной сборки). Я решил так сделать по двум причинам, во первых у меня есть EzoFlash и сохранились адаптеры от него, а во вторых он разведён очень грамотно и соответствует распиновке большинства старых Flash и EEPROM в корпусах DIP,PLCC и др. Разъём XS2 - это дополнительные адресные линии (а их всего 24 А0-А23, что теоретически позволяет программировать микросхемы до 16 Мегабайт). На разъём XS3 выведен старший полубайт шины данных (для программирования 16 битных микросхем памяти - в данной версии софта пока не реализовано, сделал про запас).

Также на разъёмы выведены UART1 и SWD интерфейсы для программирования самого микроконтроллера. Обратите внимание, что линия RX UART1 подтянута к земле через резистор. Это нужно для правильной работы USB, так как в 107 серии STM USB ещё и OTG, то необходимо подтянуть определённую линию к "земле", чтобы выбрать режим работы USB Device. По идее подтяжка не должна мешать работе UART1, который также можно использовать для программирования микроконтроллера, подтянув контакт "BOOT0" к плюсу питания (к сожалению джампер не поместился на основной схеме, но он не обязателен при программировании через SWD интерфейс).

В этой части схемы не удалось уместить конденсаторы фильтров питания, их я нарисовал на второй (высоковольтной) части схемы. Название шин питания на обеих схемах соответствуют.

Высоковольтная часть схемы представляет из себя повышающий преобразователь напряжения на микросхеме mc34063 в практически стандартном включении. Исключение составляет джампер S1 "VOLTAGE", который коммутирует резисторы делителя напряжения и переключает выходное напряжение на 12,5 и 14,5 вольт. Эти напряжения нужны для программирования микросхем EEPROM типа 27CXX, а также стирания и получения ID других EEPROM и Flash микросхем. Высокое напряжение коммутируется через реле на контакты "OE" и "A9" разъёма программирования.

Схема хоть и громоздкая, но довольно простая. Есть возможность её упростить еще больше: в первой версии платы у меня был только один преобразователь логических уровней, установленный на шину данных. Логической единицы в 3,3 вольта вполне достаточно для адресных шин пятивольтовых микросхем памяти, так как порог логической единицы у них обычно находится на уровне 2,5 вольт. Поэтому всё работало и так. К тому же даже во этой версии платы сигналы "CS", "WE", "OE" тоже подведены к разъёму программирования напрямую, так как ради трёх сигналов, мне было просто жалко ставить шестую микросхему преобразователя уровней.

Прошивка микроконтроллера написана в среде SW4STM32. Драйвер USB сгенерирован в MX Cube (Custom HID Device), всё остальное написано на CMSIS. Программа микроконтроллера работает на прерываниях без циклов ожидания (в том числе со стороны софта). Принцип взаимодействия МК и софта - "тебе-мне", то есть пакет запрос от софта - пакет ответ от МК. Так как я использую HID USB, то теоретическая максимальная скорость обмена по USB - 64 Килобайта в секунду. Но по факту, так как пакет данных состоит из служебных и полезный данных, а также обмен идёт в двух направлениях, то фактическая скорость чтения/записи не превышает 2-4 килобайта в секунду. Получается вполне сносно для записи флешек объёмом 2-4 Мегабита. Весь проект я выложу в конце статьи (заранее извиняюсь перед перфекционистами за свой стиль программирования, я самоучка-любитель). При желании, его можно адаптировать под другие камни STM с достаточным количеством портов ввода-вывода.

Для подключения программатора к USB порту компьютера необходимо скачать и установить пакет LibUsbDotNet, установить фильтр на устройство USB. На Win10 и, возможно 8,1 придётся отключить обязательную проверку цифровой подписи драйверов. 

Теперь расскажу о программной части. Софт написан в среде Visual Studio на C#. Поэтому для работы программы необходимо установить пакет .NET Framework (у меня версия 4.7 на Win10). Программа очень простая и интуитивно понятная. 

Для начала работы необходимо подключить программатор к USB разъёму компьютера и нажать кнопку "Connect", если драйвер настроен правильно, то в окошке "Console" появится сообщение "USB Connect Ok". Далее нажимаем кнопку "Test HW" один, иногда два раза, пока не получим сообщение "Программатор подключен". Далее выбираем микросхему памяти, её модель и можно с ней работать: читать кнопкой "READ", стирать кнопкой "ERASE", записывать кнопкой "WRITE", предварительно открыв соответствующий файл для записи. Кнопка "COMPARE" сравнивает открытый файл с содержимым микросхемы памяти, для этого сначала необходимо выполнить команду чтения. "Chip ID" пока работает не со всеми микросхемами памяти. Программа принимает для записи файлы типа INTEL HEX или любые другие. Во втором случае файл будет открыт в виде бинарника. Например можно открыть текстовый файл или или любой другой и записать его в виде сырых данных, при условии, что его размер не превышает объём записываемой микросхемы.

Также в программе есть дополнительная вкладка "TEST HW":

На этой вкладке можно проверить "железо" программатора. Галочками выставляем логическую единицу на соответствующем контакте разъёма программирования и проверяем тестером. Данную функцию я сделал на подобии аналогичной в софте программатора Willem. Очень удобно для проверки не пропаянных контактов. Опять же софт немного сыроват, некоторые функции сделаны под первый вариант платы программатора. Например пока не работает проверка Высоковольтного уровня "OE" и "A9".

Теперь о возможностях программатора на текущий момент. Сейчас поддерживаются микросхемы Flash W29CXXX, AM29FXXX, SST39VFXXX,W49FXXX, EEPROM AT28CXXX, W27CXXX (так как у меня нет 100% рабочей микросхемы, я не смог протестировать алгоритм стирания, запись на стёртых ячейках работает. Также должны работать УФ-стираемые EEPROM), I2C EEPROM (На соответствующем разъёме). Также бонусом добавил работу с восьмибитными SRAM (для проверки ячеек памяти, поддерживается чтение, запись, стирание).

Так как алгоритмы записи параллельных флешек 29,39 и некоторых 49 серий совпадают, то должны работать и другие модели (функции записи, чтения и стирания). Есть небольшое исключение: W29CXXX пишутся постранично, остальные побайтно, поэтому при попытке записи других моделей флеш можно выбрать AM29FXXX. Также есть возможность редактировать XML файлы микросхем в папке программатора и добавлять модели другой ёмкости к уже существующим. При появлении у меня новых моделей микросхем памяти, буду стараться добавлять их поддержку.

В конце статьи я также прилагаю свой вариант платы программатора и несколько адаптеров для микросхем памяти. Мой вариант платы разводился под имеющиеся у меня компоненты, поэтому выкладываю его для примера. Номиналы всех деталей подписаны в их свойствах.

Немного фотографий готового устройства. Возможно, кому-та платка покажется знакомой по другой моей статье.

В итоге у меня получилось вполне работоспособное и полезное устройство. Пока что поддерживается не очень большое количество микросхем памяти. Но я постараюсь добавлять по мере возможности новые. 

PS: Хотя, сейчас в целом не очень часто используются параллельные микросхемы памяти, в радиолюбительских конструкциях они ещё встречаются. Мне, например, очень пригодился данный программатор, когда я делал флеш-картриджи для восьмибитной приставки (Dendy). Очень удобно и быстро: нарезал ROM, воткнул программатор в ноутбук, минута - и готово! Никаких больших компьютеров с LPT, проводов и тому подобное.

Вот вкратце и всё, о чём хотел рассказать. Спасибо за внимание. Если будут вопросы, постараюсь ответить в комментариях.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• USB
• STM32
• Программатор
• EEPROM
• Sprint-Layout
• Eclipse