設(shè)計(jì)的ISP程序基礎(chǔ)解析

時(shí)間：2012-06-08 13:28:56

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[導(dǎo)讀]許多應(yīng)用系統(tǒng)中都需要進(jìn)行程序代碼升級，如果程序代碼在外部Flash存儲器中，實(shí)現(xiàn)程序代碼升級可以對外部Flash直接操作。但對于在單片機(jī)內(nèi)部的一些系統(tǒng)程序代碼，就要求此單片機(jī)支持IAP（In-Application-Programming）

許多應(yīng)用系統(tǒng)中都需要進(jìn)行程序代碼升級，如果程序代碼在外部Flash存儲器中，實(shí)現(xiàn)程序代碼升級可以對外部Flash直接操作。但對于在單片機(jī)內(nèi)部的一些系統(tǒng)程序代碼，就要求此單片機(jī)支持IAP（In-Application-Programming）功能。本文即介紹此情況下的ISP（In-System-Programming）程序設(shè)計(jì)方法，以及在SST和STC單片機(jī)上的具體實(shí)現(xiàn)。

1 ISP實(shí)現(xiàn)基本結(jié)構(gòu)

ISP的實(shí)現(xiàn)方式有很多種，但大致都遵循圖1所示流程。

圖1

其中，判斷用戶ISP選擇，一般有以下幾種方式。

（1）連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，由系統(tǒng)的命令選擇

進(jìn)入用戶ISP選擇判斷時(shí)，先由單片機(jī)發(fā)送特定特征數(shù)據(jù)，然后等待命令數(shù)據(jù)，如果在一定的時(shí)間內(nèi)，接收到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的選擇命令則進(jìn)入用戶代碼升級，否則直接跳轉(zhuǎn)到用戶代碼執(zhí)行。

（2）由用戶板上的跳線選擇

一般利用單片機(jī)空余的端口，設(shè)計(jì)一個(gè)代碼升級選擇跳線。進(jìn)入用戶ISP選擇判斷時(shí)，單片機(jī)可以直接根據(jù)此端口的狀態(tài)判斷進(jìn)入用戶代碼升級還是直接跳轉(zhuǎn)到用戶代碼執(zhí)行。

（3）由用戶板操作功能選擇

在用戶板的功能菜單或功能組合中，允許用戶選擇代碼升級功能，同時(shí)，在外部存儲器中存放相應(yīng)的標(biāo)志。當(dāng)選擇代碼升級功能時(shí)，在外部存儲器中寫入特定數(shù)據(jù)，然后程序復(fù)位。進(jìn)入用戶ISP選擇判斷時(shí)，判斷外部存儲器中的數(shù)據(jù)，如果符合條件則進(jìn)入用戶代碼升級，否則直接跳轉(zhuǎn)到用戶代碼執(zhí)行。

2 IAP程序設(shè)計(jì)

目前，許多單片機(jī)都支持IAP功能，一般這些單片機(jī)內(nèi)部都包含兩個(gè)Flash塊，在一塊Flash中運(yùn)行的程序可對另一塊Flash進(jìn)行擦除和重新編程。一般都將ISP程序存放在容量較小的一塊Flash中（Block1），而將用戶代碼存放在容量較大的一塊Flash中（Block0）。Block1中的ISP程序?qū)lock0中的用戶代碼進(jìn)行擦除和重新編程。

下面以兩種51系列兼容的Flash單片機(jī)為例，介紹IAP的程序設(shè)計(jì)。一種是SST89C54,另一種是STC89C516RD。

（1） SST89C54相關(guān)特性

SST89C54內(nèi)部有20KB（16KB+4KB）程序存儲器，統(tǒng)一編址。Block0為0000H～3FFFH;Block1為F000H～FFFFH。Block1可以選擇映射到0000H地址開始的1KB/2KB/4KB程序區(qū)。

（2） STC89C516RD相關(guān)特性

SST89C516RD內(nèi)部有72KB（64KB+8KB）程序存儲器。Block0為0000H～FFFFH,Block1可以選擇映射到0000H地址開始的8KB程序區(qū)（上電復(fù)位缺省為地址映射）。

SST與STC單片機(jī)的IAP操作幾乎完全相同。要特別注意的是，Block0_erase函數(shù)中對于block0的選擇，兩種單片機(jī)是不同的（正好相反）。

3 ISP程序到用戶代碼的切換

在設(shè)計(jì)中一般都將ISP程序設(shè)計(jì)為上電復(fù)位后運(yùn)行的程序，如果不需要用戶代碼升級或升級完成后，就要將程序切換到用戶代碼執(zhí)行。ISP程序到用戶代碼的切換，不同的單片機(jī)各不相同。

（1） SST89C54程序區(qū)Block1到Block0的切換實(shí)現(xiàn)

SST89C54單片機(jī)在燒錄時(shí)，將ISP程序?qū)懙紹lock1,并且燒錄映射選擇位RB0/RB1（RE-MAP[1:0]）。這樣程序上電復(fù)位時(shí)，自動(dòng)將Block1映射到0000H地址開始的4KB程序區(qū)，進(jìn)入ISP程序執(zhí)行。由于Block1同時(shí)還分配在地址F000H～FFFFH,因此，編譯生成ISP程序代碼時(shí)，設(shè)定所有的地址范圍都在F000H～FFFFH。需要切換到用戶代碼（Block0）運(yùn)行時(shí)，修改SFCF[7]控制位VIS,將Block1的0000H地址映射取消，然后程序跳轉(zhuǎn)到地址0000H執(zhí)行，則開始運(yùn)行Block0中的用戶代碼程序。

本刊網(wǎng)站中給出了ISP的C程序源代碼ISP.C。需要注意的是，此程序在Keil-C中要建立工程文件，包含 IAP.C函數(shù)以及STARTUP.A51,并且在IAP.C和ISP.C中都要去掉STC的定義。為了將地址范圍設(shè)定到F000H～FFFFH,要將STARTUP.A51中程序入口地址由0改為0F000H,如下：

CSEG AT 0F000H

C_STARTUP: LJMP STARTUP1

還要修改編譯選項(xiàng)設(shè)置Target選項(xiàng)卡中Off-chip Code memory：Start =0xF000;Size=0x1000;還要設(shè)置C51選項(xiàng)卡中Interrupt Vectors at address：0xF000。

（2） STC89C516RD程序區(qū)Block1到Block0的切換實(shí)現(xiàn)

STC89C516RD單片機(jī)在燒錄時(shí)，將ISP程序?qū)懙紹lock1。（注意：并不燒錄SC0/SC1位）。單片機(jī)上電復(fù)位時(shí)，缺省的Block1映射到0000H地址開始的8KB程序區(qū)，進(jìn)入ISP程序執(zhí)行。需要切換到用戶代碼（Block0）運(yùn)行時(shí)，ISP修改SFCF[1]控制位SWR,產(chǎn)生一個(gè)軟復(fù)位（Software Reset）。由于SC0和SC1都未燒錄，程序軟復(fù)位后，Block1將不再映射到0000H地址映，則開始運(yùn)行Block0中的用戶代碼程序。

本刊網(wǎng)站中給出了ISP的C程序源代碼ISP.C。要注意的是：此程序在Keil-C中要建立工程文件，包含IAP.C函數(shù)，并且在IAP.C和ISP.C中都要保留STC的定義。

4 與計(jì)算機(jī)的通信協(xié)議

升級用戶代碼時(shí)，需要與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，一般采用RS232串行通信，數(shù)據(jù)協(xié)議采用簡單協(xié)議。此協(xié)議參考了ADuC812單片機(jī)的ISP數(shù)據(jù)協(xié)議。（ADuC812單片機(jī)硬件內(nèi)置ISP程序）。

（1）復(fù)位命令（計(jì)算機(jī)→單片機(jī)）

計(jì)算機(jī)發(fā)送4字節(jié)復(fù)位命令：21H,5AH,00H,A6H,單片機(jī)返回復(fù)位信息。

（2）復(fù)位信息（單片機(jī)→計(jì)算機(jī)）

復(fù)位信息為25字節(jié)，前3字節(jié)為單片機(jī)公司特征字符（如：“ADI”“SST”“STC”），最后1字節(jié)為校驗(yàn)和。

（3）數(shù)據(jù)包格式（計(jì)算機(jī)→單片機(jī)）

計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)包格式：07H、0EH、長度、數(shù)據(jù)、校驗(yàn)和（長度與數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和）。

（4）擦除命令

計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)包，其中數(shù)據(jù)只有1字節(jié)，內(nèi)容為：字符“A”或“C”。單片機(jī)擦除用戶程序區(qū)后返回1字節(jié)06H表示成功；05H表示失敗。

（5）編程命令

計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)包，其中數(shù)據(jù)內(nèi)容：“W”，00H,地址高字節(jié)，地址低字節(jié)，程序數(shù)據(jù)。單片機(jī)返回1字節(jié)06H表示成功；05H表示失敗。

（6）運(yùn)行用戶程序

計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)包，其中數(shù)據(jù)只有1字節(jié)，內(nèi)容為：字符“U”。單片機(jī)返回1字節(jié)06H表示成功，然后跳轉(zhuǎn)到用戶程序運(yùn)行。