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P89LPC922自編ISP代碼的研究

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作者:清華大學(xué) 郭立新 時(shí)間:2007-11-19 來(lái)源:?jiǎn)纹瑱C及嵌入式系統應用 收藏

    隨著(zhù)微控制器應用領(lǐng)域的不斷擴展和深入,對其各方面性能的要求也逐漸提高。目前,越來(lái)越多種類(lèi)的微控制器具有(In System Programrning)即在系統編程功能。編程時(shí)不需要將微控制器從目標系統中移出,并且只需要有限的幾個(gè)引腳與外界相連,最大限度減少了額外的元件開(kāi)銷(xiāo)和電路板面積,使微控制器產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和具體應用相當方便。本文將分析預設代碼的優(yōu)缺點(diǎn),進(jìn)一步結合應用的實(shí)際情況,研究自編ISP代碼的方案,并給出具體的實(shí)現方法,對于由Ps9LPC922構成的微控制器系統具有很強的實(shí)用價(jià)值。

1 預設ISP代碼功能分析

    是一款由Philips公司生產(chǎn)的單片封裝的微控制器。它采用高性能的處理器結構,集成了包括ISP功能在內的許多系統級功能,適合于許多要求高集成度、低成本的場(chǎng)合,可以滿(mǎn)足多方面的性能要求。
   
    P69LPC922在出廠(chǎng)時(shí),用戶(hù)代碼空間的高512字節包含了一個(gè)串行ISP子程序,允許器件在電路中通過(guò)串行口進(jìn)行編程。應用ISP功能時(shí),需要使用芯片的5個(gè)引腳(Vdd、Vss、TxD、RxD、RST),并且需要一個(gè)連接器與計算機串口相連。
   
    為了使器件進(jìn)入ISP狀態(tài),必須在上電時(shí)給復位引腳3個(gè)準確定時(shí)的低電平脈沖。脈沖數目只能是3個(gè),少于或多于3個(gè)脈沖都會(huì )導致器件無(wú)法進(jìn)入ISP模式。另外一種進(jìn)入ISP模式的方法是利用串口間隔檢測功能使芯片復位,并使器件強制進(jìn)入ISP模式。但這種方法需要在用戶(hù)程序中進(jìn)行相應的功能設置,而P89LPC922預設的ISP代碼并不支持這種方式。
   
    進(jìn)入ISP模式后,雖然可以對接收到的特定字符進(jìn)行波特率的自動(dòng)設定,但這個(gè)波特率的設定參數只有1個(gè)字節,波特率的范圍受到一定的限制。另外,ISP串口工作在模式1狀態(tài),波特率設定后只接收Intel-Hex格式的記錄。
   
    由上述分析可知,P89LPC922預設ISP功能雖然比較完善,可以滿(mǎn)足芯片開(kāi)發(fā)階段的應用,但如果產(chǎn)品定型后,特別是在將其做為聯(lián)網(wǎng)系統中下位機的實(shí)際現場(chǎng),要進(jìn)行用戶(hù)程序代碼的更新下載將很不方便,有些功能甚至根本不能實(shí)現。這主要體現在以下幾個(gè)方面:

    ◇必須在上電時(shí)才能進(jìn)入ISP模式,不適合遠程控制;
    ◇需要使用復位引腳,且相應控制時(shí)序嚴格;
    ◇波特率范圍有一定限制;
    ◇無(wú)地址選項,不支持系統聯(lián)網(wǎng);
    ◇只支持Intel-Hex格式,通信效率較低。


2 自編ISP代碼方案

    P89LPC922具有非常完善的硬件系統,給使用者編寫(xiě)自己的ISP代碼提供了相當大的自由度。下面以P89LPC922組成的485總線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)系統為例,給出自編ISP代碼的功能要求:

    ◇硬件上不使用復位引腳,只用串口收發(fā)兩線(xiàn)連接即可;

    ◇不必上下電,隨時(shí)都可使器件進(jìn)入ISP模式;

    ◇自動(dòng)判斷設定通信波特率,波特率應有十種;

    ◇器件有地址,并且這個(gè)地址可隨時(shí)查詢(xún)、修改;

    ◇可實(shí)現用戶(hù)代碼的擦除、寫(xiě)、校驗、加密的功能。

    其中,485總線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)系統的上位機為計算機,下位機為P89LPC922。

    為了實(shí)現上述功能,必須解決以下幾個(gè)問(wèn)題:

    ◇代碼存儲區如何分配;

    ◇芯片地址的規劃及處理;

    ◇進(jìn)ISP方法;

    ◇自動(dòng)判定波特率方法;

    ◇串口工作方式及通信協(xié)議的確定;

    ◇ISP代碼加密及配置字確定。

2.1 代碼存儲區的分配

  為了不影響用戶(hù)的程序代碼編寫(xiě),自編ISP代碼應用于程序存儲區的高端。當然,不同的自編ISP代碼需要不同大小的存儲空間。這里規定自編ISP代碼的地址空間為1COOH~lFFFH,共l KB,即第7扇區的全部。其中ISP入口地址為1FOOH。

2.2 芯片地址的規劃及處理

    因P89LPC922的程序存儲空間可做為數據存儲器使用,那么即可將第6扇區的最后16字節倣為ISP與用戶(hù)程序共用的數據空間,地址為1BFOH~1BFFU。其中,地址lBFAH存放芯片地址,地址1BFBH存放芯片地址取反。例如,芯片地址為0lH,則(1BFAH)=01H,(1BFBH)=0FEH。地址取反后再存放是為了用戶(hù)程序讀出時(shí)判斷地址合法性使用,從而增加可靠性。

2.3 進(jìn)入ISP方法

    因功能要求不能利用復位引腳方式進(jìn)入ISP模式,所以只能將引導狀態(tài)設為l,引導向量設為lFH。這樣,每次上電復位或其他復位時(shí),程序固定從lF00H地址開(kāi)始執行,即復位后芯片首先進(jìn)入ISP模式,執行ISP代碼。在執行完ISP過(guò)程或在規定的時(shí)間(如2s)內沒(méi)有進(jìn)行任何ISP操作,程序都將轉到地址O去執行用戶(hù)程序代碼。在轉到地址O即執行用戶(hù)程序代碼之前,將串口間隔檢測功能設置完畢,這樣,在執行用戶(hù)程序代碼時(shí)即可通過(guò)串口間隔檢測功能,使芯片復位后進(jìn)入ISP模式。下面為串口間隔檢測功能設置的相關(guān)程序。

    ANL SSTAT,#OFAH ;清除BR位,SSTAT.2
    MOV BRGCON,#00H ;關(guān)波特串發(fā)生器
    ORL AUXRl,#40H ;置位EBRR位,當檢測到UART    ;間隔信號時(shí)即進(jìn)行復位
    MOV SCON,#50H ;設置串口為工作方式1(也可為;方式2或方式3),允許串口接收 
    MOV BRGRl,#05H ;設置串口波特率4800(也可為;其他值)
    MOV BRGRO,#0fOH
    MOV BRGCON,#03H ;打開(kāi)并使用串口波特率發(fā)生器
   
    由上述程序可知,ISP代碼并不影響用戶(hù)程序對串口的使用,用戶(hù)程序可以對串口工作方式及波特率進(jìn)行重新設定,同時(shí)用戶(hù)程序也不會(huì )影響利用串口喑隔檢測功能進(jìn)入ISP模式。實(shí)際使用中,上位機發(fā)送0信號0.5s,然后恢復為1信號,即可使串口檢測到間隔信號,從而使芯片復位后進(jìn)入ISP代碼程序。

2.4自動(dòng)判定波特率

  下位機(即P89LPC922)復位后,在規定的時(shí)間(如2s內,上位機按照用戶(hù)設定的波特串向下位機發(fā)送l字節址幀,此地址幀為85(十六進(jìn)制為55H)。下位機根據此地址幀判定設置自己的波特率。
   
    首先,設置定時(shí)器Tl為模式l,設置16位計數器并將其清零。然后判斷接收引腳RXD是否為低電平,如為低電平繼續判斷等待RXD為高電平。實(shí)際這一過(guò)程為判斷上位機發(fā)送地址幀的起始位,同時(shí)也是一種防干擾的措施。接下來(lái)在RXD的下降沿啟動(dòng)定時(shí)器Tl,在RXD的下一個(gè)下降沿關(guān)閉定時(shí)器T1。這時(shí)定時(shí)器Tl的16位計數器的值即為以當前波特率發(fā)送2位數據的時(shí)間。固定時(shí)器的時(shí)鐘源為獨立的波特率發(fā)生器時(shí)鐘源的二分頻,因而此時(shí)定時(shí)器Tl的16位計數器的值即為波特率發(fā)生器速率寄存器BRGRl、BRGR0的值加上16。
   
    當然,根據這種方法所得到的16位計數器的值與理論上的波特率所確定的值存在微小偏差。為了使所設定的波特率與理論值完全相同,可以根據功能要求的十種波恃串計算出理論值,再與16位計數器的值進(jìn)行比較,然后將理論值寫(xiě)入寄存器BRGR1及BRGR0,從而使設定的波特率百分之百準確。

2.5 串口工作方式及通信協(xié)議的確定

    對于聯(lián)網(wǎng)系統,串口需要設為模式3狀態(tài)。上位機與下位機的每一次通信都按照“命令一響應”方式進(jìn)行,上位機發(fā)出“命令”,下位機以“響應”方式進(jìn)行應答。
   
    單個(gè)數據幀由11位組成,格式如下:
    1個(gè)起始位+8個(gè)數據位+1個(gè)標識位+1個(gè)停止位
    其中,標識位=l表示此幀為地址幀,標識位=0表示此幀為數據幀。
   
    通信開(kāi)始時(shí),下位機處于地址幀接收模式,上位機發(fā)送l字節地址幀做為點(diǎn)名包命令,點(diǎn)名地址幀范圍即下位機地址范圍為1~255;下位機接收到點(diǎn)名包后與自己的地址進(jìn)行比較,如相符,則把地址幀接收模式改為地址幀和數據幀都可以接收的模式,并將自己的地址做為1字節數據幀應答發(fā)送給上位機。上位機收到后判斷與所發(fā)送的地址一致、上位機則開(kāi)始以數據幀模式發(fā)送各種命令,與下位機進(jìn)行通信。下位機進(jìn)入ISP狀態(tài)后,如收到與自己地址不相符的地址幀,而且此地址不等于0,則轉到地址0去執行用戶(hù)程序代碼。如果地址等于0,下位機則把地址幀接收模式改為地址幀和數據幀都可以接收的模式,并將自己的當前地址做為l字節數據幀應答發(fā)送給上位機,從而完成下位機地址查詢(xún)功能。

    注意,上位機發(fā)送O地址時(shí)只能連接一臺下位機。
   
    根據功能要求,上位機發(fā)送給下位機的命令應有地址修改、扇區擦除、寫(xiě)用戶(hù)程序代碼、讀用戶(hù)程序代碼、扇區加密和程序下載完畢六種。其中,上位機執行下載完畢命令,下位機返回下載完畢響應后,下位機轉到地址0去執行用戶(hù)程序代碼。

    至于命令包格式,可由用戶(hù)自己編寫(xiě)。這里給出一種典型的命令包格式:

    包標識+包地址+包命令+包長(cháng)度+包數據+包校驗。另外,ISP代碼文件推薦為二進(jìn)制格式文件,這樣可以減少相應程序的復雜程度。

2.6 ISP代碼加密及配置字確定

    ISP代碼編寫(xiě)完畢后,需要由編程器寫(xiě)入P89LPC922。在編程前需要進(jìn)行相關(guān)配置字的設定,包括用戶(hù)配置字節,用戶(hù)保密字節,引導向量及引導狀態(tài)。
   
    其中,引導向量為1FH,引導狀態(tài)為01H。為了防止用戶(hù)擦除或改寫(xiě)ISP代碼,用戶(hù)保密字節的7扇區應為07H,即禁止對ISP代碼進(jìn)行擦除和讀寫(xiě)操作.其他扇區的用戶(hù)保密字節可為OOH,即不設保密狀態(tài),而由用戶(hù)通過(guò)通信協(xié)議的扇區加密命令自由設定。用戶(hù)配置字節為0A3H,即看門(mén)狗復位功能使能,掉電檢測使能,復位引腳做為輸入引腳,使用內部RC振蕩器。
   
    綜上所述,完全可以利用P89LPC922完善的硬件資源,編寫(xiě)出適合具體應用環(huán)境的ISP代碼程序。這將給這款芯片的實(shí)際使用帶來(lái)極大的方便,尤其在需要更新下載用戶(hù)程序時(shí)更會(huì )顯得得心應手。當然,具體應用時(shí)如果在上位機與下位機的通信過(guò)程中加入一些加密處理,那么將加強整個(gè)自編ISP代碼程序的可靠性、安全性,同時(shí)也使具體的應用系統更加完善。

 



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