基于68MC376的ISP實(shí)現(xiàn)方法

摘    要：本文在Motorola 68MC376平臺(tái)上通過(guò)軟硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了在系統(tǒng)編程(ISP)的功能。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)；ISP

 引言
目前，在汽車電子中有很多常用的單片機(jī)，如Motorola 68MC376等，它們?cè)谟布喜⒉恢苯又С?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/ISP">ISP，從而在應(yīng)用中造成一定程度的不便。本文研究的目的即是在Motorola 68MC376單片機(jī)上通過(guò)相關(guān)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)ISP，使其同樣具有在系統(tǒng)編程的能力。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)
總體設(shè)計(jì)和難點(diǎn)
讓Motorola 68MC376單片機(jī)具有ISP能力，需要有專門的硬件支持以及上位機(jī)和下位機(jī)的軟件支持?？傮wISP設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。
由圖1可知，本設(shè)計(jì)所使用的ISP方法是從上位機(jī)讀取編程字節(jié)，通過(guò)串口傳輸?shù)较挛粰C(jī)，并且通過(guò)下位機(jī)程序?qū)⒕幊套止?jié)寫到下位機(jī)的可擦寫存儲(chǔ)器中。
這樣一個(gè)設(shè)計(jì)存在兩個(gè)難點(diǎn)。首先，由于硬件68MC376并不具備內(nèi)部的ROM，所以必須使用合適的Flash存儲(chǔ)器搭建存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路，才能實(shí)現(xiàn)存放應(yīng)用程序的目的，為ISP提供基本的硬件基礎(chǔ)。其次，由于ISP的下位機(jī)應(yīng)用程序均存在于唯一的Flash中，即在讀取自身程序的同時(shí)對(duì)自身進(jìn)行擦寫等操作，這顯然是不可能的，必須使用其他的獨(dú)特方法才能實(shí)現(xiàn)下位機(jī)的軟件編程操作。
硬件設(shè)計(jì)
為了使68MC376具有ISP能力，首先需要圍繞該芯片設(shè)計(jì)Flash ROM擴(kuò)展電路硬件和串口的收發(fā)電路。
圖2中包括兩部分電路的設(shè)計(jì)，即Flash擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)和串口設(shè)計(jì)。
Flash擴(kuò)展電路主要包括地址總線(ADDRESS)、數(shù)據(jù)總線(DADA BUS)以及讀寫和片選信號(hào)的連接。由于68MC376外部數(shù)據(jù)總線為16位，故選擇兩片AM29F040作為外部擴(kuò)展Flash。該Flash芯片單片容量為4Mbit，所以擴(kuò)展的只讀存儲(chǔ)器共計(jì)1Mbyte。
由于使用68MC376的CSBOOT連接了兩片F(xiàn)lash的片選端，所以圖2所連接的Flash ROM可以實(shí)現(xiàn)硬件自啟動(dòng)功能。為實(shí)現(xiàn)此功能，需要對(duì)其物理地址進(jìn)行配置。在本設(shè)計(jì)中，F(xiàn)lash的地址被配置在0x80000的位置。
圖2中的串口電路為使用了光電隔離措施的串口驅(qū)動(dòng)電路。由于該電路可能工作在電磁兼容環(huán)境比較惡劣的場(chǎng)合，所以使用6N137設(shè)計(jì)光隔電路，以免外界干擾對(duì)單片機(jī)產(chǎn)生影響。
軟件設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)主要包括上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)和下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)，二者需要遵循同樣的協(xié)議，相互配合工作。
圖3描述了在系統(tǒng)編程時(shí)上位機(jī)和下位機(jī)的配合流程。通常在下位應(yīng)用程序中，該部分在系統(tǒng)編程的代碼處于休眠狀態(tài)，當(dāng)串口接收到編程請(qǐng)求時(shí)，該部分代碼才被激活并產(chǎn)生相應(yīng)的效果。該流程中設(shè)計(jì)了一個(gè)編程開鎖的握手過(guò)程，這是為了防止誤操作，從而保證下位機(jī)在系統(tǒng)編程的代碼不會(huì)被意外的激活。
下位機(jī)軟件
圖3中下位機(jī)編程初始化部分主要完成Flash讀寫允許、信號(hào)串口波特率的重新定義、RAM配置以及ISP代碼拷貝等任務(wù)。為了提高ISP速度，通常將串口波特率設(shè)為57600bit/s。RAM使用單片機(jī)內(nèi)部的TPURAM，并將其配置在從0x10000開始的地址上。
圖3下位機(jī)流程中被框起的是一個(gè)特殊的部分。通常下位機(jī)的應(yīng)用程序都是在ROM里執(zhí)行的。但是由于在ISP過(guò)程中，系統(tǒng)不可能一邊從Flash ROM讀取指令，一邊對(duì)Flash ROM進(jìn)行擦寫操作，所以這里采用了特殊的子函數(shù)映射的方法完成這一功能，即在源代碼設(shè)計(jì)中，所有的ISP子函數(shù)均是通過(guò)計(jì)算相對(duì)地址得到運(yùn)行的(見圖4)。
 系統(tǒng)從Flash ROM啟動(dòng)后，位于地址0x81000處有一段代碼具有ISP的串口讀數(shù)功能，則在實(shí)際執(zhí)行時(shí)先要將這段代碼拷貝到地址0x10000，然后跳轉(zhuǎn)至映射的地址并執(zhí)行相應(yīng)的指令。下面一段源代碼為串口接收(sci_receive)的源程序例。
MOVE.L #FlashBaseAddr,D0;
file://得到ISP代碼在Flash中的基地址
MOVE.L #sci_receive,A0;
file://得到sci_receive子函數(shù)的實(shí)際地址
SUB.L  D0,A0;
file://二者相減得到基地址偏移量
ADD.L  RAMBaseAddr,A0;
file://加上RAM基地址，得到RAM中//sci_receive的映射地址
JSR     (A0);
file://跳往映射地址處執(zhí)行
上位機(jī)解碼工作
上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)中，比較重要的一部分是SX文件的解碼工作。
SX文件一般以S0行標(biāo)志文件代碼部分開始，S9行表示文件代碼部分結(jié)束。中間部分一般以S1、S2或者S3開頭，表示不同的尋址范圍。
以S20C08000000002000000 852145D為例，該部分代碼為24位尋址(即地址為3個(gè)字節(jié))。具體地址為0x0C0800，后面除了最后一個(gè)字節(jié)以外均為實(shí)際二進(jìn)制代碼的字符表達(dá)形式，最后一個(gè)字節(jié)5D為該行的校驗(yàn)碼。
該代碼需要通過(guò)重新編碼后方可被單片機(jī)直接使用。考慮到單片機(jī)的運(yùn)算速度遠(yuǎn)不如上位機(jī)PC，所以這部分工作由上位機(jī)完成。上位機(jī)每個(gè)編程循環(huán)讀取一行SX格式的代碼，獲取地址并且完成解碼后，通過(guò)串口發(fā)送給下位機(jī)。下位機(jī)從串口獲取該地址和該行編碼后，直接調(diào)用ISP中的Flash燒寫程序?qū)lash進(jìn)行編程。
實(shí)際結(jié)果
在實(shí)際工作中使用Matlab/GUI編寫了上位機(jī)解碼和發(fā)送程序，配合下位機(jī)的ISP軟件工作，各方面表現(xiàn)均正常。嘗試下載76K的SX格式的下位機(jī)軟件時(shí)，用時(shí)大約為1分鐘。

結(jié)語(yǔ)
本文使用Flash作為ROM擴(kuò)展了68 MC376的存儲(chǔ)器硬件電路，設(shè)計(jì)了串口電路的硬件，完成了ISP硬件的設(shè)計(jì)；通過(guò)SX文件上位機(jī)解碼，以及下位機(jī)獨(dú)特的映射執(zhí)行代碼的方式，完成了ISP的軟件設(shè)計(jì)。
考慮到68K系列芯片的相似性，類似芯片如68 MC332等均可以直接使用該方法實(shí)現(xiàn)ISP在系統(tǒng)編程的功能。■

參考文獻(xiàn)
1 Motorola 68MC376 User誷 Manual
2 AM29F010 data sheet