基于80C196KC與PSD4235G2在線(xiàn)編程的實(shí)現

隨著(zhù)MCU的廣泛應用，其性能不斷提高，集成度也日益提高。傳統的MCU系統設計，在選好MC U后還要采購大量的分離器件（如地址鎖存器、譯碼器、擴展芯片、RAM，EPROM，PLD等），使系統復雜度高、可靠性低，且調試繁瑣、效率低下，造成設計復雜,印制板面積增大。還要考慮到各種干擾,總線(xiàn)競爭等很多因素，系統常常不穩定。

本文介紹一種基于閃爍存儲器的在線(xiàn)可編程微處理器外圍器PSD4235G2組成的MCU系統。即通過(guò)計算機串口將程序代碼在線(xiàn)遠程下載到MCU系統的存儲器中，實(shí)現IAP的功能。

1PSD4235G2的性能特點(diǎn)

PSD4235G2( Programmable System Devices) 是ST公司設計生產(chǎn)的一種基于閃爍存儲器的在線(xiàn)可編程外圍器件。他將MCU系統外圍器件高度集成在一起，并與MCU進(jìn)行無(wú)縫連接，只需用2顆芯片MCU+PSD 即可代替眾多的外圍器件組成一套完整的MCU系統；他還集成了優(yōu)化的“微控制器宏單元”邏輯結構，使系統地址/數據總線(xiàn)可以與內部寄存器直接互連，簡(jiǎn)化了控制總線(xiàn)的設計。PSD產(chǎn)品以其設計靈活、資源豐富和極高的性?xún)r(jià)比在嵌入式系統應用領(lǐng)域得到廣泛應用。此外，PSD4235G2還具有以下特性：

(1) 采用多路復用或非多路復用的16位總線(xiàn)為控制器的簡(jiǎn)單接口?？偩€(xiàn)接口邏輯使用地址譯碼和讀寫(xiě)時(shí)由微控制器自動(dòng)產(chǎn)生的控制信號，可方便地與16位單片機80C196KC直接相連。

(2) 4 Mb主Flash，被分為8個(gè)大小相同的塊，由用戶(hù)規定的地址訪(fǎng)問(wèn)；256 kb次Flash，具有在更新閃爍存儲器的同時(shí)執行代碼的能力；64 kb SRAM通過(guò)連接外部電池可保護SRAM的內容使之免受電源故障的影響。

(3) 主Flash和次Flash可同時(shí)編程，即在執行來(lái)自一個(gè)存儲器的代碼時(shí)可同時(shí)對另一個(gè)存儲器編程。

(4) 器件PSD4235G2包括2個(gè)PLD塊，譯碼PLD(DPLD)和復合PLD(CPLD)。DPLD用于地址譯碼并產(chǎn)生內部存儲器和寄存器的芯片選擇信號；CPLD實(shí)現用戶(hù)定義的邏輯功能。這些邏輯由16個(gè)輸出宏單元和24個(gè)輸入宏單元和“與”陣列構成。

(5) 52個(gè)單獨可配置的I/O端口引腳，配置成MCU I/O，PLD I/O，鎖存MCU地址輸出、特殊功能I/O，漏極開(kāi)路輸出的I/O端口。

(6) 具有可編程電源管理功能（PMU），支持掉電模式的低功耗模式，使5 V待機狀態(tài)的電流低至50μA；另外還具有自動(dòng)檢測控制器工作的功能。

(7) 內置JTAG的串行接口，使系統具有整個(gè)芯片系統內編程的能力。利用這個(gè)功能，用戶(hù)可以對空的器件編程或現場(chǎng)對器件重新編程。

2系統設計

整個(gè)系統是由80C196KC單片機，PSD4235G2，D/A轉換器和LCD顯示器等構成，并通過(guò)上位機對其進(jìn)行遠程編程。其系統結構如圖1所示。

80C196KC內部集成10位的A/D轉換器，因而模擬量可以直接輸入MCU。PSD4235G2具有2塊大容量Flash、16個(gè)輸出宏單元和24個(gè)輸入宏單元，因而在與單片機組成系統時(shí),很少需要外圍分立器件，多數通過(guò)PSD4235G2中的宏單元邏輯組合產(chǎn)生與單片機連接的地址總線(xiàn)、數據總線(xiàn)、控制總線(xiàn)；同時(shí)，通過(guò)內部的邏輯譯碼產(chǎn)生3塊獨立存儲區片選信號，即主Flash片選FS i、次Flash片選CSBOOTi和SRAM片選RS0。并且PSD4235G2與LCD、D/A電路的接口直接用其PA、PB口連接，只需在軟件設計和單片機程序中相應設計為I/O模式或地址鎖存模式。

系統由復位電路對80C196KC和PSD4235G2進(jìn)行復位，主程序放入PSD4235G2中。程序升級時(shí)，上位機與80C196KC進(jìn)行聯(lián)絡(luò )，聯(lián)絡(luò )成功后由上位機將升級程序發(fā)送下去，調制后送到該遠程系統，而將數據解調后，通過(guò)80C196KC接口寫(xiě)到PSD4235G2的數據存儲區。當接到上位PC機的切換命令后，80C196KC向PSD4235G2的寄存器中送一個(gè)狀態(tài)值，由PSD4235G2的PLD對程序存儲區和數據存儲區進(jìn)行切換，再加上其他的功能電路，就構成了一個(gè)完整的可遠程程序升級的系統。80C196KC，PSD4235G2和串口的接口電路如圖2所示。

3IAP(在線(xiàn)編程)設計

PSD4235G2有2個(gè)內部寄存器：頁(yè)寄存器(page)和VM寄存器。8位的頁(yè)寄存器可使MCU的尋址空間擴大256倍，他的內容可以由MCU來(lái)讀寫(xiě)。頁(yè)寄存器可直接參與PSD內部存儲器的地址選擇，在作為頁(yè)尋址時(shí)寫(xiě)入要訪(fǎng)問(wèn)的頁(yè)地址，PSD內部地址譯碼邏輯就立刻選中目標存儲器空間。另外，在頁(yè)寄存器實(shí)現分頁(yè)存儲時(shí)，應該設置一個(gè)公共存儲器區，即程序在任何頁(yè)面位置執行時(shí)都能訪(fǎng)問(wèn)到的空間（或者說(shuō)是與頁(yè)不相關(guān)的地址空間），用于放置初始化程序、中斷服務(wù)程序、頁(yè)切換程序以及物理設備驅動(dòng)程序等重要子程序。同樣，重要數據也應當在任何頁(yè)都可以訪(fǎng)問(wèn)，例如PSD控制寄存器、I/O、用于保存堆棧和全局變量的系統RAM等。VM寄存器用來(lái)分開(kāi)程序空間和數據空間，并把PSD4235G2中主Flash、次Flash和SR AM設置在不同空間。

在進(jìn)行在線(xiàn)編程時(shí)，首先將PSD的次Flash存儲器映射到80C196KC的程序存儲區，將PSD的主F lash存儲器映射到80C196KC的數據存儲區，系統從PSD的次Flash啟動(dòng)，執行引導/下載程序，如果需要的話(huà)從上位機下載程序到PSD的主Flash存儲器；然后，再通過(guò)PSD中的VM寄存器，將主Flash存儲器存儲空間從數據存儲區跳變到程序存儲區，轉而執行Flash存儲器中的程序，從而實(shí)現對原程序的升級。

系統的運行有2個(gè)基本模式：一個(gè)是引導/下載模式；另一個(gè)是正常運行模式。系統啟動(dòng)時(shí)從引導/下載模式到正常運行模式轉換過(guò)程中系統存儲器的變化步驟為：

(1) 上電時(shí)系統存儲器映射

上電時(shí)系統開(kāi)始執行次Flash中的程序，檢查是否要通過(guò)MCU對主Flash中的程序進(jìn)行升級。此時(shí)，PSD中主Flash存儲器存儲空間都處于MCU的數據空間，而次Flash存儲空間則處于MCU的程序空間。

(2) 主Flash存儲空間從數據空間移至程序空間

在完成對Flash中程序升級或不需要升級時(shí)，寫(xiě)VM寄存器為06H，將主Flash的存儲空間從MCU的數據空間移到程序空間。

(3) 切換主Flash和次Flash存儲空間

MCU從PSD次Flash中運行程序跳到主Flash中的運行程序。在程序寫(xiě)1到‘swap’位（上電時(shí)‘swap’的值是0）進(jìn)行地址“切換”，程序就進(jìn)入主Flash中運行了。

(4) 次Flash存儲空間移至數據空間

程序已經(jīng)在PSD的主Flash中運行，寫(xiě)0CH到VM寄存器，把次Flash的存儲空間從MCU的程序空間移到數據空間。并且，MCU轉跳到在PSD的主Flash的復位入口地址，用戶(hù)的程序開(kāi)始真正執行。

用戶(hù)程序啟動(dòng)模塊的流程如圖3所示。

4結語(yǔ)

PSD4235G2的獨特結構簡(jiǎn)化了硬件接口電路，為嵌入式MCU系統提供了簡(jiǎn)單靈活的解決方案。其IAP功能使產(chǎn)品可以在應用中編程和測試，并遠程升級程序代碼，縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，降低了產(chǎn)品維護和升級成本，搶先占領(lǐng)市場(chǎng)。

參考文獻
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