Renesas E1/E20 仿真器使用指南：从规格到调试全解析

在电子工程师的日常工作中，仿真器是调试和开发微控制器（MCU）不可或缺的工具。Renesas E1/E20 仿真器以其强大的功能和广泛的适用性，成为了众多工程师的首选。本文将详细介绍 Renesas E1/E20 仿真器的相关信息，包括规格、设计要点、调试准备、调试功能以及使用注意事项等，希望能为广大电子工程师提供有价值的参考。

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一、E1/E20 仿真器手册概述

Renesas E1/E20 仿真器的手册由两部分组成：《E1/E20 仿真器用户手册》和《E1/E20 仿真器用户手册补充文档（连接注意事项）》。前者主要描述硬件规格，后者则着重介绍仿真器调试器的功能、使用方法、与 MCU 相关的内容以及注意事项。在使用 E1/E20 仿真器之前，务必仔细阅读这两份文档。

二、E1/E20 仿真器规格

2.1 目标 MCU

该仿真器支持 R8C 系列的多个型号，包括 R8C/3x 系列和 R8C/Lx 系列，具体涵盖了如 R8C/32C、R8C/33C 等多种型号。这些 MCU 为不同的应用场景提供了丰富的选择。

2.2 仿真器规格

• 型号：E1（R0E000010KCE00）和 E20（R0E000200KCT00）。
• 电源供应：无需额外电源，通过 USB 总线从主机获取电力。
• 适用调试器：R8C E1/E20 仿真器调试器。
• 工作环境：温度范围为 -10°C 至 50°C（非活动状态）和 10°C 至 35°C（活动状态），湿度范围为 35% RH 至 80% RH（无冷凝），振动要求在活动状态下最大为 2.45 m/s²，非活动状态下最大为 4.9 m/s²，运输时最大为 14.7 m/s²，且环境中无腐蚀性气体。

2.3 适用工具链和第三方产品

可以调试由内部工具链和第三方产品创建的模块，如 M3T - NC30WA V.5.20 Release 01 或更高版本的工具链，以及 TASKING M16C C/C++/EC++ Compiler V.2.3r1 或更高版本、IAR EWM16C V.2.12 或更高版本的第三方产品。

三、用户系统设计

3.1 连接器选择

在将 E1 或 E20 仿真器连接到用户系统之前，需要在用户系统中安装连接器。推荐使用 3M Limited 的 14 - 针连接器，如 2514 - 6002（用于日本以外地区）和 7614 - 6002（用于日本）。同时，要注意在 14 - 针连接器周围 5 mm 范围内，不要安装高度超过 10 mm 的组件，并且要将 14 - 针连接器的 2、12 和 14 引脚牢固连接到用户系统板的 GND 上。

3.2 小连接器转换适配器

如果使用 E1 仿真器的小连接器转换适配器（R0E000010CKZ11），要注意其连接器引脚分配与 E1 仿真器的标准接口连接器不同。具体引脚分配可参考文档中的表格。

3.3 系统接地连接

仿真器的信号地与用户系统的信号地相连，在仿真器中，信号地和框架地是连接的。在用户系统中，只连接框架地，不要将信号地与框架地连接，以避免因电位差导致的过流问题，引发安全隐患。

3.4 推荐连接示例

E1/E20 连接连接器与 MCU 的推荐连接示例中，MODE 引脚用于 MCU 控制和强制中断控制，不要连接电容等元件；RESET# 引脚用于输出“L”和监控引脚状态，建议使用开集电极输出缓冲器或 CR 复位电路作为复位电路，上拉值推荐为 4.7 kΩ 或更大。同时，要确保 Vss 和 Vcc 分别连接到 MCU 的 Vss 和 Vcc，并且输入 Vcc 的电压必须在 MCU 指定范围内。

3.5 接口电路

文档中给出了 E1 和 E20 仿真器的接口电路示例，可作为确定上拉电阻值的参考。

四、调试准备

4.1 激活高性能嵌入式工作室

首先将仿真器连接到主机和用户系统，然后从 [开始] 菜单的 [程序] 中选择 [Renesas -> 高性能嵌入式工作室 -> 高性能嵌入式工作室]，在弹出的 [欢迎！] 对话框中选择启动方式，如创建新的工作区、打开最近的工作区或浏览其他工作区。

4.2 创建新工作区

根据是否使用工具链，创建新工作区的步骤有所不同。如果不使用工具链，在 [欢迎！] 对话框中选择 [创建新的项目工作区]，然后在 [新项目工作区] 对话框中输入工作区名称、项目名称、选择 CPU 家族等信息，接着选择调试目标、设置配置文件名，最后点击 [完成] 按钮启动高性能嵌入式工作室。如果使用工具链，除了上述步骤外，还需要在 [工具链] 选项中选择合适的工具链。

4.3 打开现有工作区

在 [欢迎！] 对话框中选择 [浏览到另一个项目工作区]，指定工作区所在的目录，选择工作区文件（扩展名为 “.hws”），点击 [选择] 按钮即可打开现有工作区。

4.4 连接仿真器

可以通过在启动前进行仿真器设置或加载会话文件来连接仿真器。如果仿真器断开连接，可以通过 [调试] 菜单中的 [连接] 选项、点击 [连接] 工具栏按钮或在 [命令行] 窗口中输入连接命令来重新连接。

4.5 断开仿真器

可以通过 [调试] 菜单中的 [断开连接] 选项、点击 [断开连接] 工具栏按钮或在 [命令行] 窗口中输入断开连接命令来断开仿真器。

4.6 退出高性能嵌入式工作室

选择 [文件] 菜单中的 [退出] 选项关闭高性能嵌入式工作室，关闭前会弹出消息框询问是否保存会话。

4.7 调试相关设置

可以通过 [调试] 菜单中的 [调试设置…] 选项打开 [调试设置] 对话框，指定下载模块、设置命令行批处理文件的自动执行以及下载选项等。

4.8 启动 E1/E20 仿真器调试器

在启动前要确保用户系统电源关闭，依次连接用户系统接口电缆和 USB 接口电缆，然后打开 [开始] 菜单，选择 [程序 -> Renesas -> 高性能嵌入式工作室 -> 高性能嵌入式工作室]，在 [欢迎！] 对话框中选择使用教程工作区，指定工作区目录和文件，点击 [打开] 按钮。启动时会依次显示 [初始设置] 对话框、[配置属性] 对话框和 [连接中…] 对话框，完成设置后，当 [输出] 窗口显示 “Connected” 时，仿真器初始化完成。

五、调试功能

5.1 调试功能列表

根据操作模式的不同，仿真器支持不同的调试功能。在 [写入片上闪存模式] 下，支持程序下载和在线帮助等功能；在 [调试模式] 下，支持程序下载、复位功能、内存访问功能、用户程序执行功能、断点功能、跟踪功能、调试控制台功能、性能测量功能、堆栈跟踪功能、启动/停止功能、命令行功能和在线帮助等。

5.2 下载程序

可以通过 [调试] 菜单中的 [下载] 选项选择要下载的加载模块，或者在 [工作区] 窗口的 [下载模块] 下右键单击加载模块并选择 [下载]，也可以双击加载模块名称来下载程序。下载前需要在高性能嵌入式工作室中注册加载模块，并且要注意下载时的访问大小设置。

5.3 打开源文件

可以通过选择源文件并点击 [打开] 按钮，或者在 [工作区] 窗口中双击源文件来打开源文件。在 [编辑器] 窗口中，可以查看源代码、切换列显示、查看汇编语言代码以及修改汇编语言代码。

5.4 内存访问功能

仿真器具有内存读写功能、内存数据上传和下载功能、显示变量功能以及自动更新内存数据功能。同时，还支持内存填充、移动、比较、搜索等操作，但要注意操作的数据大小和范围限制，以及对特殊功能寄存器（SFR）区域的访问注意事项。

5.5 断点功能

包括强制断点、软件断点（S/W 断点）和片上断点。S/W 断点通过重写指定地址的指令来实现程序中断，设置和移除 S/W 断点会涉及内存写入操作。片上断点包括预 - PC 断点、数据访问断点和跟踪满断点。

5.6 使用 S/W 断点

可以通过 [编辑器] 或 [反汇编] 窗口、[断点] 对话框或命令行来添加、移除、启用或禁用 S/W 断点。设置 S/W 断点后，程序在执行到该地址时会停止，此时 [编辑器] 或 [反汇编] 窗口会更新，显示程序停止的位置。

5.7 片上断点功能

通过 [片上事件] 对话框设置片上事件断点条件和跟踪条件。可以设置事件 A 和 B 的相关设置以及跟踪条件，还可以注册、保存和加载事件设置。

5.8 添加片上事件（DA 事件）

可以通过 [片上事件] 对话框、从其他窗口拖放或命令行来设置 DA 事件。设置事件时要注意地址、访问大小和访问类型的选择，避免设置无效的事件。

5.9 添加片上事件（PC 事件）

同样可以通过 [片上事件] 对话框、[编辑器] 窗口的 [片上断点] 列、从其他窗口拖放或命令行来设置 PC 事件。在 [编辑器] 窗口设置预 - PC 断点时，要确保在 [片上事件] 对话框中点击 [应用] 按钮后再进行操作。

5.10 注册事件

可以通过 [片上事件] 对话框、拖放或 [注册事件] 对话框来注册事件。注册的事件可以在后续使用时复用，也可以创建新的事件。

5.11 保存/加载片上事件设置

可以通过 [片上事件] 对话框的 [保存…] 和 [加载…] 按钮来保存和加载片上事件的设置。

5.12 保存/加载 [注册事件] 对话框设置

可以通过 [注册事件] 对话框的 [保存…] 和 [加载…] 按钮来保存和加载 [注册事件] 对话框的设置。

5.13 跟踪功能

通过 [片上事件] 对话框设置跟踪条件，包括跟踪类型、起始条件、停止条件和记录事件等。可以在 [跟踪] 窗口中查看跟踪信息，还可以使用跟踪菜单进行设置、清除、显示源程序、停止和重新启动跟踪等操作。

5.14 状态栏

通过 [视图 -> 状态栏] 可以显示 [状态栏]，查看调试平台的当前状态，如用户程序的运行状态、PC 状态、任务 ID、断点原因和执行时间等。

5.15 启动/停止功能

可以通过 [设置 -> 仿真器 -> 启动/停止功能设置…] 打开 [启动/停止功能设置] 对话框，指定在用户程序执行前后要执行的例程。使用该功能时要注意调试功能的限制、寄存器和标志的限制以及语句的限制。

5.16 简单堆栈溢出检测功能

当栈超出 RAM 区域时，R8C E1/E20 仿真器调试器会在 [输出] 窗口显示堆栈溢出消息，此时需要从仿真器调试器进行复位操作。

5.17 在线帮助

通过 [帮助] 菜单中的 [仿真器帮助] 选项可以查看在线帮助，了解每个功能的使用方法和命令行语法。

六、教程

6.1 介绍

教程程序用 C 语言编写，用于对随机数据进行排序，帮助用户了解仿真器和仿真器调试器的功能。

6.2 启动高性能嵌入式工作室

按照前面介绍的方法打开工作区，指定教程工作区的目录和文件。

6.3 连接仿真器

启动仿真器时，在调试器设置对话框中进行初始设置，完成后即可开始调试。

6.4 下载教程程序

右键单击 [下载模块] 下的 [Tutorial.x30]，选择 [下载] 来下载目标程序。

6.5 设置 S/W 断点

在 [编辑器] 窗口中，双击 [S/W 断点] 列中对应调用排序函数的行，设置 S/W 断点。

6.6 执行程序

通过 [调试] 菜单中的 [复位 CPU] 选项复位 CPU，然后选择 [运行] 选项执行程序，程序会在断点处停止。

6.7 检查断点

通过 [编辑 -> 源断点] 打开 [断点] 对话框，检查已设置的 S/W 断点，并可以进行移除、启用或禁用操作。

6.8 更改寄存器内容

通过 [视图 -> CPU -> 寄存器] 打开 [寄存器] 窗口，右键单击窗口可以切换寄存器组，双击寄存器行可以更改寄存器内容。

6.9 引用符号

通过 [视图 -> 符号 -> 标签] 打开 [标签] 窗口，查看模块中的符号信息。

6.10 检查内存内容

通过 [视图 -> CPU -> 内存…] 打开 [显示地址] 对话框，输入标签名，点击 [确定] 按钮，在 [内存] 窗口中查看相应内存的内容。

6.11 引用变量

在 [编辑器] 窗口中，将光标放在包含变量的行上，右键单击选择 [即时监视]，在对话框中点击 [添加] 按钮将变量添加到 [监视] 窗口。也可以在 [监视] 窗口中右键单击，选择 [添加监视]，输入变量名添加变量。

6.12 显示局部变量

通过 [视图 -> 符号 -> 局部] 打开 [局部] 窗口，查看函数中的局部变量。

6.13 单步执行程序

包括 [单步进入]、[单步跳过] 和 [单步跳出] 等命令。选择 [单步进入] 可以进入调用的函数，选择 [单步跳过] 可以执行整个函数调用，选择 [单步跳出] 可以跳出当前函数。

6.14 强制中断程序执行

清除所有断点，选择 [运行] 选项执行教程函数，由于程序处于无限循环中，可以选择 [停止程序] 选项强制中断程序执行。

6.15 片上断点功能

可以在 [编辑器] 窗口中设置指令获取事件作为片上断点，也可以通过 [视图 -> 事件 -> 片上事件] 打开 [片上事件] 对话框，设置内存访问断点。

6.16 跟踪功能

通过 [视图 -> 代码 -> 跟踪] 打开 [跟踪] 窗口，设置跟踪条件，如跟踪起始条件为用户程序执行开始，跟踪停止条件为用户程序执行停止。设置 S/W 断点，选择 [复位运行] 选项，程序在断点处停止后，跟踪信息会显示在 [跟踪] 窗口中。

6.17 堆栈跟踪功能

在排序函数的任意行设置 S/W 断点，选择 [复位运行] 选项，程序停止后，通过 [视图 -> 代码 -> 堆栈跟踪] 打开 [堆栈跟踪] 窗口，查看哪个函数调用了当前 PC 值对应的函数。

七、使用 E1 或 E20 仿真器的注意事项

7.1 MCU 资源使用

• 程序区域：不同型号的 MCU 有不同的程序区域用于仿真器，具体信息可参考文档中的表格。在调试器启动时，需要在 [配置属性] 对话框中指定不会被用户系统使用的区域。
• 引脚使用：仿真器通过 RESET# 引脚和 MODE 引脚控制 MCU。
• 中断使用：BRK 指令中断、地址匹配中断、单步中断和地址中断被仿真器程序使用，用户程序不要使用这些中断。
• 堆栈区域：仿真器在用户程序中断时使用最多 8 字节的堆栈指针，因此要预留 8 字节的堆栈区域。
• 特殊功能寄存器（SFR）使用：部分 SFR 被仿真器程序和用户程序共同使用，部分仅被仿真器程序使用，不要随意更改这些寄存器的值，否则仿真器可能无法控制 MCU。
• 选项功能选择区域：仿真器会设置选项功能选择寄存器（OFS）和选项功能选择寄存器 2（OFS2）的部分位，要注意这些设置对看门狗定时器和计数源保护模式的影响。
• 寄存器初始化：系统启动时，仿真器会初始化 CPU 寄存器，具体初始值可参考文档中的表格。
• RAM 初始化：仿真器会在启动时将 MCU 内部 RAM 区域（00400h - 004FFh）的部分内容初始化为 “00h”。
• MCU 保留区域