15ユーロのFT232H、MPSSEおよびSPIプログラマー

この非常に人気のある便利なチップについて、Habréに関する記事がまだないのは奇妙です。 このギャップを埋める必要があると思います。 この記事では、FTDI FT232Hチップとそのアナログをさまざまなアプリケーションに使用するいくつかの興味深い方法について説明します。
いくつかの言葉：比較的安価で、配線とプログラムが簡単、一般的なUSB 2.0コンバーター<->シリアルプロトコル（ USART 、 SPI 、 I2C 、 JTAG TAP 、およびGPIOビットバン） USB経由のPC、および他のデバイスのテストとデバッグ用。

このチップ上の簡単なブレイクアウトボードから、UARTコンバーター、SPIプログラマー、JTAGデバッガー、I2Cマスター、GPIOビットバングコンバーター（および超音波周波数を必要とせず、可能な限り耐性のある他のプロトコルを簡単かつ自然に作成できます）ダラス1線など、USBスタックによって導入される遅延）。

上記の機能に興味がある場合は、catの下でお願いします。

ちょっとした歴史

FTDIは、1992年にスコットランドのグラスゴーで設立されました。 彼女はUSB関連ソリューションを専門としており、FT232シリーズUSBシリアルコンバーターで知られてい ます。これは 、DIYハードウェアとマイクロコントローラーファームウェアに関するさまざまな記事でHabréで既に何度も 言及 さ れ ています。 このシリーズは引き続き正常に生産および販売されていますが、進歩はまだ止まっておらず、2009年の終わりにFT2232Dチップのリリースにより、シリーズの「リブート」が開始され、キラー機能の既存の機能であるマルチプロトコル同期シリアルエンジン （ MPSSE）。この記事で説明します。

MPSSEテクノロジーとそのサポートチップ

このテクノロジーは、シリアルプロトコルSPI、I2C、およびJTAGのハードウェアサポートを提供するとともに、チップをMPSSEモードと呼ばれる特別なモードにした後、GPIOを「ジャンプ」する機能を提供します。

このモードは現在、FTDIが製造する4つの異なるコントローラーでサポートされています。

FT232H、FT2232D、FT2232H、FT4232H。

さまざまなアーキテクチャとメーカーのマイクロコントローラーでこのモードをエミュレートするためのさまざまなプロジェクトもありますが、この記事ではFTDIのみを検討します。

各プロトコルの配線図、各チップでサポートされている機能のリスト、および説明を含む技術の優れた紹介は、 MPSSE Basicsという名前のアプリケーションノート135にあります。

対応するプロトコルの接続と操作の詳細は、別々のANにあります： SPI 、 I2C 、 JTAG 。



現在、サポートされている4つのチップのうち最年少の技術仕様であるFT232Hから少しだけですが、残りの部分はチャネルの数と特定の機能（ビルトインLDOコントローラーなど）の有無のみが大きく異なるためです。

データシートからいくつかの重要なTXを引用させてください：

• MPSSEサポート
• 最大12 MBaudの速度のUSB <-> USART（RS232速度は、外部ロジックレベルシフトチップによって制限できます）
• 調整可能な最大電流（4、8、12、または16 mA）を備えた構成可能なGPIOピン
• 端末設定、リセット後の動作モード、USB VID、DID、および説明文字列を外部EEPROMに保存し、USB経由で上書きする可能性あり
• コア電圧1.8 V（入力-3.3 V〜5 V）、ピン-3.3 V（すべてのピンが5 Vに耐性）
• 温度範囲-40°C〜85°C
• LQFP48およびQFNパッケージで利用可能
• Windows、MacOS X、Linuxで利用可能なドライバー

ここにUSARTについて追加するものは何もありません-これはシリーズ内のすべてのチップの動作のメインモードであり、完全に動作します。 必要なすべてのストップビット設定とハードウェアパリティがサポートされているため、必要に応じて独自のUSBモデムを安全に作成できます。

チップがGPIOインターフェイスのみを必要とする場合、チャネルごとに16ピン（MPSSEモード）がありますが、ハードウェアでサポートされているプロトコルのいずれかとGPIOを並行して使用する場合は、12ピンしか使用できません。

構成の記録（外部EEPROMを使用）はFT_Progによって実行されます。利用可能なオプションはほとんどなく、最も重要なのはベンダーID、デバイスID、説明、シリアル番号です。

チップは電力を気にせず、与えられたものを食べます（上記の範囲で与えられた場合）が、その兄弟には統合されたLDOレギュレータがないため、USB電源には外部のものを使用する必要があります。

LQFP48ケースは、温風ステーションや電子レンジ用チップを備えたはんだごてがない場合でも、自宅で非常にはんだ付け可能ですが、もちろんすべては手に依存します。 QFNのはんだ付けについては説明しません。そのようなケースをはんだ付けできる場合は、おそらくFT232について複数回聞いたことがあるでしょう。

ドライバーについては、FTDIが2種類のドライバーをロイヤリティフリーで提供することを追加する価値があります-Virtual Comです。 PortおよびD2XX Direct。ただし、MPSSEを使用するには後者のみが必要です。 無料のlibusbドライバーlibftdiもあります。

何もはんだ付けしたくない！

はんだ付けをしたくない人のために、FT2232Hチップ（簡単にするために2つのFT232Hと見なすことができるFT232Hの2チャネルバージョン）、必要なすべてのバインディング、および外部EEPROMを装備した多数のブレークアウトボードが市場にあります。

私が購入したボードの価格は15ユーロです。CISでは、約600ルーブルで同様のボードを配送なしで購入できます（ たとえば 、 DiHaltからFT2232Dのオプションを要求するだけです。



私のボードは次のようになります。



左側-電源、グランド、チャネルAの16ピン、右側-電源、グランド、チャネルBの16ピン、リセットおよびウェイクアップ。 TXおよびRXダイオードは、USARTモードでのみ正常に動作します（MPSSEを使用してプログラムで具体的に点火しない限り）。したがって、ボードにはんだ付けすることさえしませんでした。 LDOコントローラとEEPROMチップは、ボードの背面にあります。

実用化

十分な理論と物語ができたので、次に練習に移りましょう。 あなたはすでにそのようなボードを持っていると想像してください、そして今あなたはあなたがそれで何ができるかについて考えています。 そして、ここに何があります：

0 。 父親が教えたように、そこに新しいMPSSEのないUSB <-> USARTコンバーター 。 それには多くのアプリケーションがあり、失敗したファームウェアによって殺されたモデムとルーターを復元したり、（わずかに）破損したハードドライブを復元したり、さまざまな機器のデバッグインターフェイスに接続したりすることができます。多くのアプリケーションがあります。

1 多かれ少なかれ新しいPCのBIOSをフラッシュおよび復元するためのSPIプログラマー （2008年以降に製造された、BIOSを保存するためのSPIチップへの大規模な移行は、X58の導入と同時に行われました）。 SecureBootテクノロジー（およびそれに付随するテクノロジー）の導入により、変更されたBIOSファームウェアは通常の操作から熊手の上を歩くようになり、その結果、マシンを「ブリック」するために車を送ることが可能になりました。 外部のSPIプログラマーがこれらの問題を完全に解決します。

2 。 さまざまなMK用のJTAGデバッガー 。 現時点では、このボードで次のMKをフラッシュおよびデバッグしています：STM32F1xx \ L1xx \ F4xx、Infineon XMC4500（ARM Cortex-M）、Infineon XE167FM（C166） CoLinkと、閉じているがより強力なAmontec JTAGKey2を使用すると 、正常に模倣できます。

３ 。 たとえば、プロセッサまたはビデオカードのVIDを制御するために使用できるI2Cバスマスター 。通常の状態では、I2CはSMBusおよびPCBusと互換性があり、PCの低速周辺機器の半分をハングさせます。 これまでのところ、このモードを十分に研究していないため、このモードでの作業については説明しません。

4 。 USB <-> GPIOコンバーター 。これに基づいて、「プログラムでボタンを押してデバイスをオフにする」シリーズの単純なタスクと、ソフトウェアレベルで独自のプロトコルを実装するなどのより複雑なタスクの両方を実装できます。 同時に、プログラムはPCで記述されており、利点（言語の選択の自由度とリソースが豊富）と欠点（USBスタックの遅延とその予測不可能なタイミングにより、非常に高速なプロトコルの実装が許可されない）の両方がありますが、使用しない可能性が非常に高いそれらに不慣れな人のための鉄との相互作用のためのMKは良いです。

次の記事のためにパラグラフ2を残して、パラグラフ1について説明します。

SPIプログラマーの作成

FT232Hチップ上のボードをSPIプログラマーに変えるには、次のものが必要です。

0.ボード自体

1.たとえば、最新のマザーボードWinbond W25Q64BVのメーカーに人気のあるSPIインターフェイスを備えたEEPROMチップ。 デスクトップボードには、DIP8（ほとんどの場合）およびSOIC8（一部のギガバイトモデルとEVGAモデル）が搭載されています。BIOSが破損した場合の交換を簡単にするため、通常、チップははんだ付けされず、ベビーベッドまたはZIFソケットに取り付けられます。 ラップトップでは、BIOSチップはほとんどの場合マザーボードにはんだ付けされており、プログラミングにはチップの上部に装着されたISPポートまたは特別なクリップを使用する必要があります

2.ファームウェア中に電源への#WPピンと#HOLDピンを締めるための2つのオプションの4.7KΩ抵抗器（ボード上に十分な空き3.3 Vピンがある場合は、これらを使用せずに行うことができます）

3. EEPROMチップ用のオプションのソケット（端子にワイヤをはんだ付けしないため）

4. Linux（すべてのジェスチャが最も少ない）、Windows（その他）、またはOS X（公式にはサポートされていません。愛好家のみがサポートしています）を搭載したPC。

5.システムにインストールされ、libftdiサポートでコンパイルされたFlashromユーティリティ。



さらに、すべてが簡単です。FT232HとEEPROMをスキーム（ RushSPIプログラマーのスキームから取得）に従って接続します 。



コマンドラインを開き、そこでコマンドを実行します。

flashrom -p ft2232_spi:type=232H





マルチチャンネルFTDIチップの場合、接続されたEEPROMチップがどのチャンネルにあるかを追加で示す必要があります。たとえば、FT2232HとチャンネルAの場合、コマンドは次のようになります。

flashrom -p ft2232_spi:type=2232H,port=A





このコマンドの出力は次のようになります。

Found chip "Winbond W25Q64.V" (8192 KB, SPI)





チップが見つからない場合は、接続に問題があるか、libftdiなしでflashromが構築されているか、Windowsがあり、libusbベースのシステムにあるメーカーの別のドライバーをインストールする必要があります 。

チップが見つかった場合は、追加のスイッチ-r dumpname.romを使用して同じコマンドで内容を読み取るか、スイッチ-w newbios.romを使用してコマンドでファイルを書き込みます

利用可能なキー、サポートされているプログラマー、その他すべてのリストは、プロジェクトの公式Wikiにあります 。 FT232Hベースのプログラマーに関する記事もあります。 こちらです 。

おわりに

結果のプログラマーは8メガバイトのSPIチップを約150秒でフラッシュします。これは高速ではありませんが、長すぎず、15ユーロで-まったく問題ありません。

それにより、BIOSを繰り返し復元しましたが、 実験に 耐えられませんでした。

（USARTコンバーターモードではありますが）その助けを借りて、壊れたハードドライブを修正することができました 。

ファームウェアとJTAG上のさまざまなMKのデバッグについては、次の記事で説明します。



L \ Cで発生する可能性のあるエラー、エラー、および欠陥を報告してください。

読んでくれて、このフットクロスを読んでくれてありがとう。