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[導讀]“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

“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); 
 ?。?)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位電路;
 ?。?)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

和標準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在標準的80C52內(nèi)核的基礎上增加了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設置為0可屏蔽全部ISP功能,因此在執(zhí)行應用程序時將ISPE設置為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;目標地址高地址10H  
    MOV FAL,#05H;目標地址低地址05H
    MOV FDAT,#22H;寫入數(shù)據(jù):22H  
    MOV FCON,#80H;設置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 自動復位為0,PC指向 下一條指令  

例2:擦除$253CH地址所對應的頁面  

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;目標地址高地址25H或24H
    MOVFAL,#3CH;目標地址低地址3CH或任意
    MOV FDAT,#00H;寫入數(shù)據(jù):00H或任意
    MOV FCON,#82H;設置START位為1,啟 動

頁面擦除功能。ISP功 能結(jié)束后,START自動復位為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;目標地址高地址00H或任意
    MOVFAL,#00H;目標地址低地址00H或任意
    MOVFDAT,#00H;寫入數(shù)據(jù):00H或任意
    MOVFCON,#83H;設置START位為1,啟動整片擦除功能。ISP功能結(jié)束后,START自動復位為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,可以通過硬件復位、看門狗復位或直接跳到0000H地址來啟動應用程序。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

 

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