Flash 單片機自編程技術(shù)的探討

       核心器件: MSP430 
   
       1 MSP430芯片Flash存儲器的結構 

       Flash存儲器模塊是一個(gè)可獨立操作的物理存儲器單元。全部模塊安排在同一個(gè)線(xiàn)性地址空間中，一個(gè)模塊又可以分為多個(gè)段。當對Flash存儲器段中的某一位編程時(shí)，就必須對整個(gè)段擦除，因此，Flash存儲器必須分為較小的段，以方便地實(shí)現擦除和編程。圖1是MSP430芯片上Flash存儲器模塊的結構框圖。該Flash存儲器模塊包含如下部分：控制邏輯——控制Flash擦除和編程時(shí)的機器狀態(tài)和時(shí)序發(fā)生器； Flash保護邏輯——避免意外的Flash擦除和編程操作；編程電壓發(fā)生器——提供Flash擦除和編程所需全部電壓的集成電荷泵； 3個(gè)16位控制寄存器——FCTL1、FCTL2、FCTL3控制Flash模塊的全部操作；存儲器本身。 




       2 Flash存儲器的擦除和編程操作 

       通常CPU訪(fǎng)問(wèn)Flash是為了讀取數據或者是執行程序，這時(shí)數據、地址鎖存器是透明的，時(shí)序發(fā)生器和電壓發(fā)生器關(guān)閉。然而，我們有時(shí)候需要在程序執行的過(guò)程中對Flash的內容進(jìn)行修改，這時(shí)就需要對控制寄存器FCTLx進(jìn)行適當的設置，以保證擦除/編程操作的正確執行。當進(jìn)行擦除/編程操作時(shí)，Flash模塊中的時(shí)序發(fā)生器將產(chǎn)生全部?jì)炔靠刂菩盘?，控制全部執行過(guò)程。這時(shí)CPU是不能訪(fǎng)問(wèn)Flash的，因此所要執行的程序指令必須從別的地方調用，如RAM，或者將CPU置于空閑狀態(tài)。當Flash的編程結束后，CPU才能重新獲得對Flash的控制權。 　　

       MSP430系列芯片中只集成了一個(gè)Flash模塊用作程序和數據存儲器。這就意味著(zhù)在對Flash進(jìn)行編程時(shí)，中斷向量是不起作用的，任何中斷請求都得不到響應。所有可能的中斷源（包括看門(mén)狗）在對Flash進(jìn)行擦除/編程操作前，都應該被屏蔽掉，如程序1所示。 
       

       2.1 直接進(jìn)行的Flash自編程 

       MSP430獨有的一個(gè)特點(diǎn)就是，其Flash模塊可以不用把程序代碼拷貝到其它的存儲器就可實(shí)現自編程。在Flash自編程過(guò)程中，當CPU從Flash中取指令時(shí)，Flash會(huì )返回值 3FFFh（JMP $）給CPU，使CPU處于無(wú)限循環(huán)直到Flash自編程的結束，才會(huì )將下一條指令返回，從而使程序繼續執行下去。 

       下面給出的程序2，對MSP430芯片的Flash進(jìn)行自編程是非常容易實(shí)現的。不過(guò)這種方法也存在一個(gè)缺點(diǎn)：在Flash進(jìn)行自編程的過(guò)程中，CPU處于空閑狀態(tài)，所以這時(shí)既不能執行程序，也不能響應中斷，而且這種Flash自編程方法只可用于字或字節編程模式，而不適用于速度更快的段寫(xiě)模式。  

       

       2.2 通過(guò)RAM程序調用實(shí)現Flash自編程 

       在Flash進(jìn)行擦除和編程期間，CPU只能訪(fǎng)問(wèn)存于片上RAM的程序指令。將Flash中的程序復制進(jìn)堆棧中，如程序3所示。當對Flash進(jìn)行擦寫(xiě)時(shí)，CPU就可以從RAM中執行程序。Flash的擦寫(xiě)操作完成后，Flash就可以重新被訪(fǎng)問(wèn)，程序指針PC就會(huì )再次指向Flash存儲器，堆棧指針SP也會(huì )恢復。

       從RAM中執行程序，可以使CPU在Flash被改寫(xiě)時(shí)依然保持運行。因此，MSP430系列芯片在Flash編程期間仍然可以通過(guò)UART模塊接收數據。不過(guò)，在這種模式下是否接收到數據，只能通過(guò)查詢(xún)UART的接收標志位來(lái)進(jìn)行判斷。  

          
       
       結 語(yǔ) 

       本文提出的兩種Flash自編程方法各有利弊。當CPU必須對事件作出快速反應時(shí)，如通過(guò)UART進(jìn)行的數據通信，采用Flash自編程開(kāi)始時(shí)將Flash中的程序代碼復制進(jìn)RAM再執行的方法。如果對實(shí)時(shí)性要求不高，在Flash自編程過(guò)程中，將CPU置于空閑狀態(tài)的辦法更為簡(jiǎn)單、直接?？梢韵嘈?，隨著(zhù)Flash型芯片的廣泛應用和技術(shù)的不斷發(fā)展，Flash的自編程技術(shù)也將會(huì )有新的突破。