基于P89C51RD2 IAP功能的数据存取与软件升级

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:分析Boot ROM中的部分源代码,重点是IAP功能以及ISP和IAP的相互关系;应用IAP功能将剩余程序空间转化为数据空间,以及自编ISP程序来实现仪器的软件升级。 关键词:P89C51RD2 Boot ROM IAP(ISP)功能 软件升级 1 概述 P89C51RD2是Philips公司的80C51系列单片机中的佼佼者,具有1KB的片上RAM和64KB的片上内存;具有3种编程方式,即在系统编程ISP(InSystem Programming)、在应用中编程IAP(In-Application Programming)以及通过商用编程器的并行编程。ISP是指电路板上的空白器件可以编程写入最终用户代码,而不需要从电路板上取下器件,已经编程的器件也可以用ISP方式擦除或再编程;ISP是指在用户的应用程序中获取新代码对Flash块、Flash寄存器、Boot向量等进行擦除和重新编程,即可以用程序来改变程序。IAP对于仪器仪表的智能化意义重大。高档的智能化仪器都具有自诊断、自修复、自组织、自适应和自学习等功能,而这些功能实现的物质基础,就是仪器的程序可以根据实际情况进行改变和调整。 Philips公司在P89C51RD2中提供了Boot ROM固件,位于0FC00H~0FFFFH空间,与闪存空间重叠,如图1所示。Philips公司提供了寻址该器件的方法,因此可以通过读取其目标代码进行分析研究。有关Boot ROM的读出方法以及Boot ROM与ISP功能的实现在参考文献3已有所论述。 P89C51RD2的IAP功能的实现了是靠Philips公司提供的Boot ROM固件来实现的。Boot ROM固件中已经固化有上述擦除和编程等子程序,只要应用程序来调用即可。通过对Boot ROM反汇编内容进一步的分析可以看出:ISP和IAP是一脉相承的,ISP功能的实现调用IAP功能的子程序。本文将分析Boot ROM中有关IAP及IAP和ISP的相互关系,以达到深入了解和利用IAP功能的目的。 2 对Boot ROM中有关IAP功能代码的分析 3 对Boot ROM中ISP和IAP的相互关系分析 2、3内容请见本刊网络补充版(http://www.dpj.com.cn)。 4 IAP功能的使用 4.1 程序空间用作数据空间 在一个实际的应用系统中,往往有一些关键性的数据需要保存,例如用户设置数据或重要的过程数据。目前的通过做法有两种:一种是在电路中扩展非易失性SRAM,多用在对时间要求比较苛刻的场合;另一种做法是扩展EEPROM(并行或串行)或类似存储器,多用在对时间要求不太荷刻的场合。这两种方法可达到掉电后数据不丢失的目的。 P89C51RD2具有64KB的片上闪存,这对于一般的应用来说足够大,往往会有剩余的闪存空间。在通常状况下,MCU的编程只能通过商用编程器来进行,那么剩余的闪存空间只能作为程序升级的备用空间,而不能作为数据空间;另一方面,如果需要保存数据,还要另外扩展存储器,这样不但增加了电路板的面积,而且增加了调试难度。 而P89C51RD2是一种具有IAP功能的单片机,其内存结构具有如下特点(见图1): ①闪存空间是分块的。64KB的内存空间共分5块,由低到高分别为8KB(BLOCK0)、8KB(BLOCK1)、16KB(BLOCK2)、16KB(BLOCK3)、16KB(BLOCK4); ②每一块都可以单独擦除; ③在程序中可以调用IAP功能,对闪存中的每一字节进行单独编程。 正是由于上述3个特点,在一些对时间要求不是很荷刻的场合,都可以将剩余的闪存空间作为数据空间来使用。例如,作者在海洋气象监测仪器的研制中,有些关键数据需要存储,如整点的风速、风向、温度、湿度、气压和降水量的瞬时值和十分钟平均值,以及最值、极值、大风段等。而数据的采集要求3s采集1次,采集处理时间大约需要0.5s,则剩余的时间内就可以利用IAP功能来存储数据。这些存储的数据可以通过串口被上位机调用。 由于整个软件经汇编后大约20KB,因此,将地址为0000H~7FFFH的32KB内存空间作为程序空间,则可以仪器的升级预留足够的空间;而将8000H~0FFFFH的32KB闪存空间留作数据存储空间。由图1可以看出,从8000H~0FFFFH的32KB闪存空间由BLOCK3和BLOCK4两块组成,每一块为16KB,足可以存储10天的数据量。在实际操作中,将BLOCK3和BLOCK4轮流使用,当10天的数据量存满其中一块时,通过程序跳转到另一块中,在使用前先将该块擦除。这样BLOCK3和BLOCK4每过20天便分别被擦除和重写1次。对有关地址定义如下: ADDR_L EQU 30H ;被编程数据的低8位地址 ADDR_L EQU 31H ;被编程数据的高8位地址 DATA_TEMP EQU 32H ;被编程数据 ADDR_L,ADDR_H和DATA_TEMP的具体地址可以根据用户程序的实际情况进行定义;AUXR1,PGM_MTP的定义同前。有关子程序为: 擦除BL0CK3 ERSBLOCK3: ;BLOCK3擦除 MOV AUXR1,#20H ;AUXR1的位ENBOOT=1,寻址到固件 MOV R0,#11 ;晶振为11.0592MHz,取11 MOV R1,#01H ;R1=01H,块擦除 MOV DPTR,#8000H ;擦除BLOCK3 LCALL PGM_MTP ;调用,无返回参数 RET 擦除BL0CK4 EPSBLOCK4: ;BLOCK4擦除 MOV AUXR1,#20 ;AUXR1的位ENBOOT=1,寻址到固件 MOV R0,#11 ;晶振为11.0592MHz,取11 MOV R1,#01H ;RI=01H,块擦除 MOV DPTR,#0C000H ;擦除BLOCK4 LCALL PGM_MTP ;调用,无返回参数 RET 字节编程 WRDATA: MOV AUXR1,#20H ;AUXR1的位ENBOOT=1,寻址到固件 MOV R0,#11 ;晶振为11.0592MHz,取11 MOV R1,#02H ;R1=02H,字节编程功能 MOV DPH,ADDR_H ;高8位地址 MOV DPL,ADDR_L ;低8位地址 MOV A,DATA_TEMP ;被编程数据 LCALL PGM_MTP ;调用,返回参数ACC=0,调用成功,非0调用失败 RET 读闪存字节内容 RDDATA: MOV AUXR1,#20H ;AUXR1的位ENBOOT=1,寻址到固件 MOV R0,#11 ;晶振为11.0592MHz,取11 MOV R1,#03H ;R1=03H,读闪存字节内容 MOV DPL,ADDR_L ;低8位地址 MOV DPH,ADDR_H ;高8位地址 LCALL PGM_TEMP ;调用,返回参数ACC中为读出字节内容 RET 将上述4个子程序结合实际情况灵活运用,便可以实现数据的有效存储,而且这些数据在掉电后是不丢失的,完全达到系统要求。 4.2 IAP功能应用于仪器升级 利用P89C51RD2固有的ISP功能,在所设计的仪器中增加1个拨码开关,便可以实现智能仪器的软件升级。对操作人员的要不高,原理简单易行。具体方法请见参考文献4。 文献4所讨论的ISP功能与远程升级,实质上是在复位过程中,用相应的硬件控制使程序指针跳转到Boot ROM空间的0FC00H处。整个过程由ISP程序模块来控制,而用户程序由于是被升级程序,故完全失去了控制权,编程完毕,需要人工复位并使指针切换到用户程序空间中方可使新程序起作用。这给智能仪器升级带来了麻烦,如果巧妙地利用P89C51RD2的IAP功能,则可以使仪器升级变得更加简单。 前面已经指出,ISP和IAP是一脉相承的,ISP功能的实现调用了IAP功能的子程序。所以完全可以利用IAP功能来设计自己的ISP程序,这样,就可以不必在闪存空间和Boot ROM空间之间跳来跳去。 由于用户程序一般不会超过48KB,故可将BLOCK4留出,作为用户自编ISP功能区空间。在下面的自编ISP程序中,如果上位机误传来擦除BLOCK4的指令,将被认为是错误指令而不予执行,这样就可以保证该部分程序不会被擦除。 整个ISP功能程序的编制可以参照参考文献3分析的Boot ROM中ISP功能的有关程序。不过,可以将波特率自动跟踪去掉,使用固定波特率,并且将整个协议进行简化,将所有功能规划为擦除、编程、读出、校验4大模块,而且这些模块的执行直接使用Philips公司的有关协议,这样Boot ROM中的有关程序就可以作为用户编程的参考。 规定ISP功能的启动命令为“[ISP START]”。当下位机收到上位机传输的该条指令时,便跳转到用户自编的ISP程序中,此时上下位机通过用户的协议就可完成用户空间程序的擦除、查空、编程、校验等功能,直到上位机传来“[ISP END]”指令为止。这就表示所有的程序已经传输完毕并校验成功。此时跳出ISP,使指针指向0000H单元,则系统根据升级正常运行。有关流程如图2所示。 自编ISP程序具有以下特点: *自编ISP程序与上位机的协议参考Philips公司的有关协议并予以简化,启动和结合命令由自己定义,开发比较容易; *自编ISP程序不必在复位时开始执行,升级完成后,可以将程序指针转向新程序,不必重新启动系统; *可以使用固定的波特率,并且T1和T2都可以作为波特率发生器; *触发条件规定为一条普通的串口指令,当下位机接收到该条指令后,即跳转到自编的ISP程序空间中。 使用这种方法也存在一定的缺点,由于自编ISP程序相当于一块固化程序,不能轻易擦除,因此,这种方法一般不能对整片进行升级。但考虑到P89C51RD2具有64KB的Flash ROM,用户程序空间很少能使用到BLOCK4,所以该方案在一般情况下是切实可行的。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/mcu/200703/12363.html
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