SM2965微控制器及其ISP應(yīng)用技術(shù)

“在系統(tǒng)編程”（In－SystemProgramming，簡稱ISP）技術(shù)的出現(xiàn)是對傳統(tǒng)編程方法的重大突破，它是指在用戶設(shè)計的微控制器系統(tǒng)中為配置新的系統(tǒng)功能而對器件進行重新編程，并在線地將程序代碼（固件）下載到程序存儲器中的一種編程技術(shù)，繼SST公司推出具備ISP功能的FlashFlex51系列微控制器之后，PHILISPS、WINBOND、LG、 ATMEL、SynC－ MOS等公司都相繼推出了具有ISP／IAP（In－Appli－cation Programming）功能的51系列微控制器，這些器件的增強性能主要表現(xiàn)在下面幾方面：
　?。?）內(nèi)部ROM采用FLASH存儲器，容量可達32～64k字節(jié)，內(nèi)部RAM容量可達512～1024個字節(jié)； 
　　（2）增加了特殊功能寄存器，以增強控制功能；
　?。?）內(nèi)部配置有看門狗定時器復(fù)位電路；
　　（4）為降低EMI，可禁止ALE輸出；
　?。?）具有雙DPTR指針。

這些功能使得微控制器的外部擴展進一步得到簡化，從而形成了真正的“單片”結(jié)構(gòu)。筆者在POS收費終端機中更換了SynCMOS公司的SM2965作為主處理器，因此，不用修改其它硬件，而僅利用微控制器串行口即方便地實現(xiàn)了ISP功能，本文將對SM2965的ISP功能和使用方法加以介紹。

1  SM2965的主要特點

和標(biāo)準(zhǔn)80C52相比，SM2965具有以下特點：
　　●編程電壓為5V；
　　●集成了64k字節(jié)片內(nèi)FLASH存儲器（包括實現(xiàn)ISP功能的下載程序空間）；
　　●實現(xiàn)ISP功能下載程序空間可設(shè)置為N×200H（N＝0～8）；
　　●具有256字節(jié)的片內(nèi)RAM＋768字節(jié)的片內(nèi)擴展RAM（ERAM）；
　　●內(nèi)含看門狗定時器；
　　●對PLCC和QFP封裝型號增加了P4口，即：P4．0～P4．3；
　　●為降低EMI，在不需要時，可禁止ALE信號輸出；
　　●復(fù)位后，如硬件檢測程序存儲器空間0000H地址為空，則可自動執(zhí)行ISP功能程序。

2 SM2965的存儲器結(jié)構(gòu)

2．1  程序存儲器

SM2965內(nèi)部集成了64k字節(jié)的FLASH存儲器作為程序存儲器，其地址范圍為00000H～0FFFFH，可用于存放執(zhí)行用戶程序的應(yīng)用程序和執(zhí)行ISP功能的下載程序。

執(zhí)行ISP功能的下載程序空間最大可配置到4k字節(jié)，空間大小為N×200H字節(jié)，N為0時表示不配置下載程序，64k字節(jié)FLASH存儲器將全部用于應(yīng)用程序；N為1時表示0FE00H～0FFFFH共有200H個字節(jié)配置給下載程序空間來使用，而N＝8則表示下載程序空間達到最大配置，為4k字節(jié)。具體的程序空間組成如圖1所示。0FFFFH～（N×200H）為下載程序的入口地址。從0000H～FDFFH供應(yīng)用程序使用；……；N的大小只能通過商用編程器來配置。一旦在編程器上配置了N≠0，那么，在系統(tǒng)中便無法再改變ISP空間的配置。

2．2  數(shù)據(jù)存儲器

SM2956在標(biāo)準(zhǔn)的80C52內(nèi)核的基礎(chǔ)上增加了768字節(jié)的片內(nèi)擴展數(shù)據(jù)存儲器Expanded Ram（ERAM），這使得片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的總?cè)萘窟_到1k字節(jié)。其數(shù)據(jù)存儲器組成如圖2所示。另外，還增加了8個特殊功能寄存器，以用于實現(xiàn) SM2965的增加功能。表1所列為SM2965增加的特殊功能寄存器。

3  特殊功能寄存器

3．1  ISP特殊功能寄存器

與ISP功能有關(guān)的特殊功能寄存器有FAH、FAL、FDAT、SCONF和FCR，其中FAH×256＋FAL為編程狀態(tài)下的目標(biāo)地址，F(xiàn)DAT為編程數(shù)據(jù)。SCONF為系統(tǒng)控制寄存器，SCONF中的位2與ISP功能有關(guān)，而3～6位則保留未用。SCONF的復(fù)位狀態(tài)為00000010B； SCONF的各位定義如下：

其中，WDR為看門狗定時器溢出位；OME為片內(nèi)擴展數(shù)據(jù)存儲器ERAM選擇位，1選擇片內(nèi)，0選擇片外；ALEI為ALE輸出禁止位；ISPE為ISP 功能總允許／禁止位，1表示允許，0表示禁止。將ISPE設(shè)置為0可屏蔽全部ISP功能，因此在執(zhí)行應(yīng)用程序時將ISPE設(shè)置為0可有效防止FLASH存儲器的內(nèi)容被非法改寫。  

FLASH控制寄存器FCR在編程時將起關(guān)鍵作用，F(xiàn)CR的2～6位保留未用。FCR復(fù)位狀態(tài)為00000000B。其各位定義如下：

其中，START為ISP功能啟動位。START＝1，則啟動ISP功能，具體功能由F1、F0決定，如表2所列。START＝0時，ISP操作無效。

當(dāng)START置1后，SM2965硬件將自動鎖存地址和數(shù)據(jù)，并獲得程序指針控制權(quán)，直到ISP功能結(jié)束，START自動復(fù)位為0為止。下載程序中無須檢查START的狀態(tài)。

FLASH存儲器的一個頁面為200H字節(jié)。執(zhí)行ISP功能時，需要指定FLASH存儲器地址。執(zhí)行字節(jié)編程功能時，F(xiàn)LASH存儲器地址為編程字節(jié)的目標(biāo)地址；而在執(zhí)行頁面擦除功能時，該地址則為該頁面內(nèi)的任一地址；而執(zhí)行整片擦除和芯片寫保護的地址則為0000H～0FFFFH范圍內(nèi)任一地址；

執(zhí)行整片擦除時，SM2965將擦除ISP下載程序空間外的所有FLASH存儲器；而執(zhí)行芯片寫保護功能時，SM2965存儲器將讀出內(nèi)容全部為“00H”。

3．2  ISP特殊功能寄存器使用舉例  

例1：編程22H到地址＄1005H 
    MOV SCONF，＃04H；開放全部ISP功能 
    MOV FAH，＃10H；目標(biāo)地址高地址10H  
    MOV FAL，＃05H；目標(biāo)地址低地址05H
    MOV FDAT，＃22H；寫入數(shù)據(jù)：22H  
    MOV FCON，＃80H；設(shè)置START位為1，啟動字節(jié)編程功能，將22H固化到1005H，ISP功能結(jié)束后，START 自動復(fù)位為0，PC指向 下一條指令  

例2：擦除＄253CH地址所對應(yīng)的頁面  

以512字節(jié)為一頁，則253CH處于頁面地址范圍為2400H～25FFH，執(zhí)行下面程序后，該頁面將全部寫成＃0FFH。
    MOV SCONF，＃04H；開放全部ISP功能
    MOVFAH，＃25H；目標(biāo)地址高地址25H或24H
    MOVFAL，＃3CH；目標(biāo)地址低地址3CH或任意
    MOV FDAT，＃00H；寫入數(shù)據(jù)：00H或任意
    MOV FCON，＃82H；設(shè)置START位為1，啟 動

頁面擦除功能。ISP功 能結(jié)束后，START自動復(fù)位為0，PC指向下一條指令

例3：整片擦除
    MOV SCONF，＃04H；開放全部ISP功能
    MOVFAH，＃00H；目標(biāo)地址高地址00H或任意
    MOVFAL，＃00H；目標(biāo)地址低地址00H或任意
    MOVFDAT，＃00H；寫入數(shù)據(jù)：00H或任意
    MOVFCON，＃83H；設(shè)置START位為1，啟動整片擦除功能。ISP功能結(jié)束后，START自動復(fù)位為0，PC指向下一條指令

4  M2965的在系統(tǒng)中編程方法

4．1  實現(xiàn)ISP功能的硬件電路

將主機（PC機或服務(wù)器）通過一定的通信信道與由SM2965組成的微控制器系統(tǒng)相連，即可將固件下載到SM2965的FLASH存儲器中。SM2965可通過并口或串口與主機相連，通常使用串口更為方便，其硬件連接如圖3所示。SM2965串行口的信號時序滿足RS232C要求，但電平為TTL電平，因此，需將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232C電平，轉(zhuǎn)換芯片可使用MC1488／MC14889、MAX232、ICL232等集成電路。

4．2  實現(xiàn)ISP功能的編程方法

SM2965的FLASH程序存儲器存儲有兩種程序，分別為執(zhí)行用戶程序的應(yīng)用程序和執(zhí)行ISP功能的下載程序?？赏ㄟ^兩種途徑進入下載程序，一種是在SM2965上電后，由硬件自動判別FLASH程序存儲器0000H地址中的數(shù)據(jù)是否為“空”（即＃0FFH），如不為＃0FFH，則從0000H地址處執(zhí)行應(yīng)用程序，否則跳轉(zhuǎn)到下載程序的入口地址，其入口地址由通過編程器寫入芯片的配置來確定。另一種是從應(yīng)用程序直接跳轉(zhuǎn)到下載程序入口地址。后者常通過中斷啟動ISP下載程序。在下載程序執(zhí)行完畢后，可以通過硬件復(fù)位、看門狗復(fù)位或直接跳到0000H地址來啟動應(yīng)用程序。通過串行口中斷來啟動ISP操作的軟件流程如圖4所示，而主機控制ISP的流程如圖5所示。為了防止數(shù)據(jù)在傳輸過程中出現(xiàn)誤碼，通常在發(fā)送數(shù)據(jù)包的過程中，還必須加入CRC校驗以用于糾錯。

以上敘述的是UART通信，使用中也可以選擇其它通信方式：如RF、IR、CAN、LAN以及Internet。若通過調(diào)制解調(diào)裝置連接到Internet，則可實現(xiàn)產(chǎn)品的遠程升級和調(diào)試診斷。因此，在產(chǎn)品設(shè)計時，使用具有ISP功能的電子產(chǎn)品，對于縮短開發(fā)進程，提高產(chǎn)品適應(yīng)性，延長產(chǎn)品的生存周期，及降低維護成本都具有及其重要的意義。

參考文獻
1．http：／／www．syncmos．com．tw／Datasheet／MCU／ SM2965．pdf 
2．http：／／www．semiconductors．philips．com／pip／ P89C51RC-P89C51RD-7．pdf 
3．FlashFlex51 MCUSST89F54／SST89F58 User Manual． Silicon Storage Technology．Inc 1999．9