單片機系統(tǒng)Flash存儲器在系統(tǒng)編程設計

隨著排放法規(guī)的加嚴,發(fā)動機電子控制單元(ECU)成為了現代汽車中一個必備部分。在發(fā)動機控制單元這種單片機系統(tǒng)中,Flash存儲器已成為其一個基本配置,主要用來存放控制程序代碼。

將程序代碼裝入Flash存儲器的方法有3種:第1種方法是要求供應商在存儲器發(fā)貨前將數據寫入,但無法滿足產品開發(fā)階段修改程序的要求;第2種方法是使用編程器編程,但由于Flash存儲器正在向小型化、貼片式發(fā)展,從而使Flash存儲器難以利用編程器編程;第3種方法是將存儲器安裝到電路板上進行編程,即在系統(tǒng)編程(In System Programming,ISP),這種編程方式是通過系統(tǒng)的微處理器實現對Flash存儲器的編程,不需要其他編程設備和附加編程電源,具有靈活、方便的優(yōu)點。因此,在設計發(fā)動機控制單元時,結合M68HC11上電引導程序設計實現了存儲器AM29F010B的在系統(tǒng)編程。

1　Flash存儲器的在系統(tǒng)編程技術

AM29F010B是AMD公司生產的Flash存儲器,這種Flash存儲器編程簡單。此芯片僅需5V單電源供電便可使內部產生高電壓進行編程和擦除操作。用戶只需向其命令寄存器寫入標準的微處理器指令,具體編程、擦除操作便由內部電路實現。

在編寫程序時需要注意,由于只有擦除指令能使“0”變?yōu)?ldquo;1”,擦除結果為“1”;而編程指令不能使“0”寫為“l”,所以用戶在進行Flash存儲器編程時,應先擦除,再進行編程。

2　M68HC11與上電引導模式(Bootstrap Mode)

M68HC11是由Motorola公司推出的微處理芯片(Microcontroller Unit,MCU),由于其優(yōu)越的性能,目前在發(fā)動機控制領域有著廣泛地使用。M68HC11具有一種上電引導模式,使得用戶程序可以通過串行接口(SCI)下載到內部的RAM區(qū)中,然后將M68HC11轉到用戶程序中執(zhí)行。下載的程序可以像任何普通用戶程序一樣運行。雖然上電引導模式是一種單芯片模式,但是在這種模式下可以改變模式控制字,因此同樣可以訪問外部資源。

硬件的模式選擇通過MCU復位時MODA和MODB管腳進行控制,MODA和MODB的邏輯狀態(tài)在RESET管腳電平變高之前被鎖存。當RE2SET管腳變高后,模式選擇管腳對MCU的運行模式不再起作用。復位時如果MODA和MODB管腳全為低電平,則MCU進入上電引導模式。

3　在系統(tǒng)編程的實現

3.1　硬件方案
為了通過M68HC11對AM29F010B進行在系統(tǒng)編程,除了基本組件的設計之外,本系統(tǒng)在硬件方面做了以下準備:
1)為了能夠從計算機上下載程序代碼,即與計算機進行通訊,本系統(tǒng)設計了MAX232進行TTL電平和RS232電平的轉換;
2)為了使MCU開機或者復位能夠進入上電引導模式,需要在MODA和MODB管腳處設計跳線,使復位時為低電平。硬件方案簡圖見圖1。

圖1　硬件方案

3.2　在系統(tǒng)編程的軟件方案
當單片機復位進入上電引導模式后,會自動進行串口的初始化等操作,然后通過串口接收程序,放到RAM內,并自動跳到此程序執(zhí)行。設計中依靠這個程序實現對外部Flash存儲器的編程。

3.2.1　單片機程序
此程序需要下載到M68HC11內部RAM中,在引導程序完成后開始執(zhí)行。在本系統(tǒng)中用于實現與計算機繼續(xù)通訊接收程序代碼,并且用接收的代碼對外部Flash存儲器AM29F010B進行編程。

程序的執(zhí)行過程為1)進行初始化操作;2)等待開始字節(jié)“W”;3)等待編程開始地址;4)擦除Flash EPROM,并發(fā)送擦除后的地址FFFE和FFFF處數據;5)接收二進制數據,執(zhí)行編程操作;6)發(fā)送AA表明編程成功,并開始執(zhí)行外部程序。由于M68HC11的RAM只有256個字節(jié),因此程序用匯編語言進行編寫,下面是其中幾個子程序。

/3初始化,程序在RAM地址中存放,將單片切換到擴展模式,并設置波特率96003/
ORG＄0
START　LDS　#＄FF
LDX #＄1000
BSET hprio,X,#00100000B
BCLR hprio,X,#00010000B
BCLR hprio,X,#01000000B
LDAA #00110000B
STAA BAUD
/3片擦除子程序3/
ERASE_FLASH　　ldab　　　#＄AA
stab　　＄555
ldab　　#＄55
stab　　＄2AA
ldab　　#＄80
stab　　＄555
ldab　　#＄AA
stab　　＄555
ldab　　#＄55
stab　　＄2AA
ldab　　#＄10
stab　　＄555
rts
/3編程子程序3/
FlashProgByte　　ldab　　#＄AA
stab　　＄555
ldab　　#＄55
stab　　＄2AA
ldab　　#＄A0
stab　　＄555
staa　　X

這是根據AM29F010B編程的時序要求編寫的程序,其時序見表1、表2。

3.2.2　計算機程序
計算機程序的任務是負責與單片機系統(tǒng)進行通訊,把要在單片機RAM內運行的用戶程序代碼和需要裝入Flash存儲器內的代碼傳給單片機系統(tǒng),并監(jiān)視單片編程過程的執(zhí)行,及時反饋編程信息。

在本系統(tǒng)中采用C語言進行計算機編程,由于單片機上電引導程序需要的數據信息是二進制格式,因此根據上面的匯編程序編譯后的結果制作一個數據數組,每1個單元存放1個字節(jié)的數據。

關于監(jiān)視單片機的編程過程,本系統(tǒng)沒有采用復雜的狀態(tài)位檢查機制,而是采用了一種簡單的方法。當單片機對1個地址寫入數據后再讀出其中內容,如果與原來數據不同,則在此處反復執(zhí)行讀操作。計算機程序發(fā)出數據后便監(jiān)視串口,如果一定時間內在串口處沒有返回數據,則視為超時,編程失敗。計算機程序流程見圖2。

圖2　計算機程序流程圖

4　結束語

本文結合M68HC11上電引導功能,介紹了利用在系統(tǒng)編程技術將程序代碼編寫到Flash存儲器中的方法,給出了相應環(huán)節(jié)的程序流程圖和部分操作的程序示例。將這種方法應用在發(fā)動機控制系統(tǒng)的開發(fā)中,使得編程非常方便,加快了項目的進度,縮短了開發(fā)的周期。相信這種方法在其他領域也可以得到廣泛地應用。