基于P89C51RD2 IAP功能的數(shù)據(jù)存取與軟件升級

摘要：分析Boot ROM中的部分源代碼，重點是IAP功能以及ISP和IAP的相互關(guān)系;應(yīng)用IAP功能將剩余程序空間轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)空間，以及自編ISP程序來實現(xiàn)儀器的軟件升級。 關(guān)鍵詞：P89C51RD2 Boot ROM IAP(ISP)功能 軟件升級 1 概述 P89C51RD2是Philips公司的80C51系列單片機中的佼佼者，具有1KB的片上RAM和64KB的片上內(nèi)存;具有3種編程方式，即在系統(tǒng)編程ISP(InSystem Programming)、在應(yīng)用中編程IAP(In-Application Programming)以及通過商用編程器的并行編程。ISP是指電路板上的空白器件可以編程寫入最終用戶代碼，而不需要從電路板上取下器件，已經(jīng)編程的器件也可以用ISP方式擦除或再編程;ISP是指在用戶的應(yīng)用程序中獲取新代碼對Flash塊、Flash寄存器、Boot向量等進行擦除和重新編程，即可以用程序來改變程序。IAP對于儀器儀表的智能化意義重大。高檔的智能化儀器都具有自診斷、自修復(fù)、自組織、自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)等功能，而這些功能實現(xiàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，就是儀器的程序可以根據(jù)實際情況進行改變和調(diào)整。 Philips公司在P89C51RD2中提供了Boot ROM固件，位于0FC00H～0FFFFH空間，與閃存空間重疊，如圖1所示。Philips公司提供了尋址該器件的方法，因此可以通過讀取其目標(biāo)代碼進行分析研究。有關(guān)Boot ROM的讀出方法以及Boot ROM與ISP功能的實現(xiàn)在參考文獻3已有所論述。 P89C51RD2的IAP功能的實現(xiàn)了是靠Philips公司提供的Boot ROM固件來實現(xiàn)的。Boot ROM固件中已經(jīng)固化有上述擦除和編程等子程序，只要應(yīng)用程序來調(diào)用即可。通過對Boot ROM反匯編內(nèi)容進一步的分析可以看出：ISP和IAP是一脈相承的，ISP功能的實現(xiàn)調(diào)用IAP功能的子程序。本文將分析Boot ROM中有關(guān)IAP及IAP和ISP的相互關(guān)系，以達到深入了解和利用IAP功能的目的。

2 對Boot ROM中有關(guān)IAP功能代碼的分析 3 對Boot ROM中ISP和IAP的相互關(guān)系分析 2、3內(nèi)容請見本刊網(wǎng)絡(luò)補充版(http://www.dpj.com.cn)。 4 IAP功能的使用 4.1 程序空間用作數(shù)據(jù)空間 在一個實際的應(yīng)用系統(tǒng)中，往往有一些關(guān)鍵性的數(shù)據(jù)需要保存，例如用戶設(shè)置數(shù)據(jù)或重要的過程數(shù)據(jù)。目前的通過做法有兩種：一種是在電路中擴展非易失性 SRAM，多用在對時間要求比較苛刻的場合;另一種做法是擴展EEPROM(并行或串行)或類似存儲器，多用在對時間要求不太荷刻的場合。這兩種方法可達到掉電后數(shù)據(jù)不丟失的目的。 P89C51RD2具有64KB的片上閃存，這對于一般的應(yīng)用來說足夠大，往往會有剩余的閃存空間。在通常狀況下，MCU的編程只能通過商用編程器來進行，那么剩余的閃存空間只能作為程序升級的備用空間，而不能作為數(shù)據(jù)空間;另一方面，如果需要保存數(shù)據(jù)，還要另外擴展存儲器，這樣不但增加了電路板的面積，而且增加了調(diào)試難度。 而P89C51RD2是一種具有IAP功能的單片機，其內(nèi)存結(jié)構(gòu)具有如下特點(見圖1)： ①閃存空間是分塊的。64KB的內(nèi)存空間共分5塊，由低到高分別為8KB(BLOCK0)、8KB(BLOCK1)、16KB(BLOCK2)、 16KB(BLOCK3)、16KB(BLOCK4); ②每一塊都可以單獨擦除; ③在程序中可以調(diào)用IAP功能，對閃存中的每一字節(jié)進行單獨編程。 正是由于上述3個特點，在一些對時間要求不是很荷刻的場合，都可以將剩余的閃存空間作為數(shù)據(jù)空間來使用。例如，作者在海洋氣象監(jiān)測儀器的研制中，有些關(guān)鍵數(shù)據(jù)需要存儲，如整點的風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、氣壓和降水量的瞬時值和十分鐘平均值，以及最值、極值、大風(fēng)段等。而數(shù)據(jù)的采集要求3s采集1次，采集處理時間大約需要0.5s，則剩余的時間內(nèi)就可以利用IAP功能來存儲數(shù)據(jù)。這些存儲的數(shù)據(jù)可以通過串口被上位機調(diào)用。 由于整個軟件經(jīng)匯編后大約20KB，因此，將地址為0000H～7FFFH的32KB內(nèi)存空間作為程序空間，則可以儀器的升級預(yù)留足夠的空間;而將 8000H～0FFFFH的32KB閃存空間留作數(shù)據(jù)存儲空間。由圖1可以看出，從8000H～0FFFFH的32KB閃存空間由BLOCK3和 BLOCK4兩塊組成，每一塊為16KB，足可以存儲10天的數(shù)據(jù)量。在實際操作中，將BLOCK3和BLOCK4輪流使用，當(dāng)10天的數(shù)據(jù)量存滿其中一塊時，通過程序跳轉(zhuǎn)到另一塊中，在使用前先將該塊擦除。這樣BLOCK3和BLOCK4每過20天便分別被擦除和重寫1次。對有關(guān)地址定義如下： ADDR_L EQU 30H ;被編程數(shù)據(jù)的低8位地址 ADDR_L EQU 31H ;被編程數(shù)據(jù)的高8位地址 DATA_TEMP EQU 32H ;被編程數(shù)據(jù) ADDR_L，ADDR_H和DATA_TEMP的具體地址可以根據(jù)用戶程序的實際情況進行定義;AUXR1，PGM_MTP的定義同前。有關(guān)子程序為： 擦除BL0CK3 ERSBLOCK3： ;BLOCK3擦除 MOV AUXR1，#20H ;AUXR1的位ENBOOT=1，尋址到固件 MOV R0，#11 ;晶振為11.0592MHz，取11 MOV R1，#01H ;R1=01H，塊擦除 MOV DPTR，#8000H ;擦除BLOCK3 LCALL PGM_MTP ;調(diào)用，無返回參數(shù) RET 擦除BL0CK4 EPSBLOCK4: ;BLOCK4擦除 MOV AUXR1，#20 ;AUXR1的位ENBOOT=1,尋址到固件 MOV R0，#11 ;晶振為11.0592MHz，取11 MOV R1，#01H ;RI=01H，塊擦除 MOV DPTR，#0C000H ;擦除BLOCK4 LCALL PGM_MTP ;調(diào)用，無返回參數(shù) RET 字節(jié)編程 WRDATA： MOV AUXR1，#20H ;AUXR1的位ENBOOT=1，尋址到固件 MOV R0，#11 ;晶振為11.0592MHz，取11 MOV R1，#02H ;R1=02H，字節(jié)編程功能 MOV DPH，ADDR_H ;高8位地址 MOV DPL，ADDR_L ;低8位地址 MOV A，DATA_TEMP ;被編程數(shù)據(jù) LCALL PGM_MTP ;調(diào)用，返回參數(shù)ACC=0，調(diào)用成功，非0調(diào)用失敗 RET 讀閃存字節(jié)內(nèi)容 RDDATA： MOV AUXR1，#20H ;AUXR1的位ENBOOT=1,尋址到固件 MOV R0，#11 ;晶振為11.0592MHz，取11 MOV R1，#03H ;R1=03H，讀閃存字節(jié)內(nèi)容 MOV DPL，ADDR_L ;低8位地址 MOV DPH，ADDR_H ;高8位地址 LCALL PGM_TEMP ;調(diào)用，返回參數(shù)ACC中為讀出字節(jié)內(nèi)容 RET 將上述4個子程序結(jié)合實際情況靈活運用，便可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效存儲，而且這些數(shù)據(jù)在掉電后是不丟失的，完全達到系統(tǒng)要求。 4.2 IAP功能應(yīng)用于儀器升級 利用P89C51RD2固有的ISP功能，在所設(shè)計的儀器中增加1個撥碼開關(guān)，便可以實現(xiàn)智能儀器的軟件升級。對操作人員的要不高，原理簡單易行。具體方法請見參考文獻4。 文獻4所討論的ISP功能與遠程升級，實質(zhì)上是在復(fù)位過程中，用相應(yīng)的硬件控制使程序指針跳轉(zhuǎn)到Boot ROM空間的0FC00H處。整個過程由ISP程序模塊來控制，而用戶程序由于是被升級程序，故完全失去了控制權(quán)，編程完畢，需要人工復(fù)位并使指針切換到用戶程序空間中方可使新程序起作用。這給智能儀器升級帶來了麻煩，如果巧妙地利用P89C51RD2的IAP功能，則可以使儀器升級變得更加簡單。 前面已經(jīng)指出，ISP和IAP是一脈相承的，ISP功能的實現(xiàn)調(diào)用了IAP功能的子程序。所以完全可以利用IAP功能來設(shè)計自己的ISP程序，這樣，就可以不必在閃存空間和Boot ROM空間之間跳來跳去。 由于用戶程序一般不會超過48KB，故可將BLOCK4留出，作為用戶自編ISP功能區(qū)空間。在下面的自編ISP程序中，如果上位機誤傳來擦除 BLOCK4的指令，將被認為是錯誤指令而不予執(zhí)行，這樣就可以保證該部分程序不會被擦除。

整個ISP功能程序的編制可以參照參考文獻3分析的Boot ROM中ISP功能的有關(guān)程序。不過，可以將波特率自動跟蹤去掉，使用固定波特率，并且將整個協(xié)議進行簡化，將所有功能規(guī)劃為擦除、編程、讀出、校驗4大模塊，而且這些模塊的執(zhí)行直接使用Philips公司的有關(guān)協(xié)議，這樣Boot ROM中的有關(guān)程序就可以作為用戶編程的參考。 規(guī)定ISP功能的啟動命令為“[ISP START]”。當(dāng)下位機收到上位機傳輸?shù)脑摋l指令時，便跳轉(zhuǎn)到用戶自編的ISP程序中，此時上下位機通過用戶的協(xié)議就可完成用戶空間程序的擦除、查空、編程、校驗等功能，直到上位機傳來“[ISP END]”指令為止。這就表示所有的程序已經(jīng)傳輸完畢并校驗成功。此時跳出ISP，使指針指向0000H單元，則系統(tǒng)根據(jù)升級正常運行。有關(guān)流程如圖2所示。 自編ISP程序具有以下特點： *自編ISP程序與上位機的協(xié)議參考Philips公司的有關(guān)協(xié)議并予以簡化，啟動和結(jié)合命令由自己定義，開發(fā)比較容易; *自編ISP程序不必在復(fù)位時開始執(zhí)行，升級完成后，可以將程序指針轉(zhuǎn)向新程序，不必重新啟動系統(tǒng); *可以使用固定的波特率，并且T1和T2都可以作為波特率發(fā)生器; *觸發(fā)條件規(guī)定為一條普通的串口指令，當(dāng)下位機接收到該條指令后，即跳轉(zhuǎn)到自編的ISP程序空間中。 使用這種方法也存在一定的缺點，由于自編ISP程序相當(dāng)于一塊固化程序，不能輕易擦除，因此，這種方法一般不能對整片進行升級。但考慮到 P89C51RD2具有64KB的Flash ROM，用戶程序空間很少能使用到BLOCK4，所以該方案在一般情況下是切實可行的。