P89LPC922自編ISP代碼的研究

    隨著微控制器應用領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，越來越多種類的微控制器具有ISP(In System Programrning)即在系統(tǒng)編程功能。ISP編程時不需要將微控制器從目標系統(tǒng)中移出，并且只需要有限的幾個引腳與外界相連，最大限度減少了額外的元件開銷和電路板面積，使微控制器產品的開發(fā)和具體應用相當方便。本文將分析P89LPC922預設ISP代碼的優(yōu)缺點，進一步結合應用的實際情況，研究自編ISP代碼的方案，并給出具體的實現方法，對于由Ps9LPC922構成的微控制器系統(tǒng)具有很強的實用價值。

1 P89LPC922預設ISP代碼功能分析

    P89LPC922是一款由Philips公司生產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(tǒng)級功能，適合于許多要求高集成度、低成本的場合，可以滿足多方面的性能要求。
   
    P69LPC922在出廠時，用戶代碼空間的高512字節(jié)包含了一個串行ISP子程序，允許器件在電路中通過串行口進行編程。應用ISP功能時，需要使用芯片的5個引腳(Vdd、Vss、TxD、RxD、RST)，并且需要一個連接器與計算機串口相連。
   
    為了使器件進入ISP狀態(tài)，必須在上電時給復位引腳3個準確定時的低電平脈沖。脈沖數目只能是3個，少于或多于3個脈沖都會導致器件無法進入ISP模式。另外一種進入ISP模式的方法是利用串口間隔檢測功能使芯片復位，并使器件強制進入ISP模式。但這種方法需要在用戶程序中進行相應的功能設置，而P89LPC922預設的ISP代碼并不支持這種方式。
   
    進入ISP模式后，雖然可以對接收到的特定字符進行波特率的自動設定，但這個波特率的設定參數只有1個字節(jié)，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，可以滿足芯片開發(fā)階段的應用，但如果產品定型后，特別是在將其做為聯網系統(tǒng)中下位機的實際現場，要進行用戶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現。這主要體現在以下幾個方面：

    ◇必須在上電時才能進入ISP模式，不適合遠程控制；
    ◇需要使用復位引腳，且相應控制時序嚴格；
    ◇波特率范圍有一定限制；
    ◇無地址選項，不支持系統(tǒng)聯網；
    ◇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(tǒng)，給使用者編寫自己的ISP代碼提供了相當大的自由度。下面以P89LPC922組成的485總線聯網系統(tǒng)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)兩線連接即可；

    ◇不必上下電，隨時都可使器件進入ISP模式；

    ◇自動判斷設定通信波特率，波特率應有十種；

    ◇器件有地址，并且這個地址可隨時查詢、修改；

    ◇可實現用戶代碼的擦除、寫、校驗、加密的功能。

    其中，485總線聯網系統(tǒng)的上位機為計算機，下位機為P89LPC922。

    為了實現上述功能，必須解決以下幾個問題：

    ◇代碼存儲區(qū)如何分配；

    ◇芯片地址的規(guī)劃及處理；

    ◇進ISP方法；

    ◇自動判定波特率方法；

    ◇串口工作方式及通信協議的確定；

    ◇ISP代碼加密及配置字確定。

2.1 代碼存儲區(qū)的分配

　　為了不影響用戶的程序代碼編寫，自編ISP代碼應用于程序存儲區(qū)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(guī)定自編ISP代碼的地址空間為1COOH~lFFFH，共l KB，即第7扇區(qū)的全部。其中ISP入口地址為1FOOH。

2.2 芯片地址的規(guī)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(qū)的最后16字節(jié)倣為ISP與用戶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程序讀出時判斷地址合法性使用，從而增加可靠性。

2.3 進入ISP方法

    因功能要求不能利用復位引腳方式進入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，程序固定從lF00H地址開始執(zhí)行，即復位后芯片首先進入ISP模式，執(zhí)行ISP代碼。在執(zhí)行完ISP過程或在規(guī)定的時間(如2s)內沒有進行任何ISP操作，程序都將轉到地址O去執(zhí)行用戶程序代碼。在轉到地址O即執(zhí)行用戶程序代碼之前，將串口間隔檢測功能設置完畢，這樣，在執(zhí)行用戶程序代碼時即可通過串口間隔檢測功能，使芯片復位后進入ISP模式。下面為串口間隔檢測功能設置的相關程序。

    ANL SSTAT，#OFAH ；清除BR位，SSTAT．2
    MOV BRGCON，#00H ；關波特串發(fā)生器
    ORL AUXRl，#40H ；置位EBRR位，當檢測到UART    ；間隔信號時即進行復位
    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代碼并不影響用戶程序對串口的使用，用戶程序可以對串口工作方式及波特率進行重新設定，同時用戶程序也不會影響利用串口喑隔檢測功能進入ISP模式。實際使用中，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入ISP代碼程序。

2.4自動判定波特率

　　下位機（即P89LPC922）復位后，在規(guī)定的時間(如2s內，上位機按照用戶設定的波特串向下位機發(fā)送l字節(jié)址幀，此地址幀為85（十六進制為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(xù)判斷等待RXD為高電平。實際這一過程為判斷上位機發(fā)送地址幀的起始位，同時也是一種防干擾的措施。接下來在RXD的下降沿啟動定時器Tl，在RXD的下一個下降沿關閉定時器T1。這時定時器Tl的16位計數器的值即為以當前波特率發(fā)送2位數據的時間。固定時器的時鐘源為獨立的波特率發(fā)生器時鐘源的二分頻，因而此時定時器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位計數器的值進行比較，然后將理論值寫入寄存器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議的確定

    對于聯網系統(tǒng)，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”方式進行，上位機發(fā)出“命令”，下位機以“響應”方式進行應答。
   
    單個數據幀由11位組成，格式如下：
    1個起始位+8個數據位+1個標識位+1個停止位
    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。
   
    通信開始時，下位機處于地址幀接收模式，上位機發(fā)送l字節(jié)地址幀做為點名包命令，點名地址幀范圍即下位機地址范圍為1~255；下位機接收到點名包后與自己的地址進行比較，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(jié)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、上位機則開始以數據幀模式發(fā)送各種命令，與下位機進行通信。下位機進入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(zhí)行用戶程序代碼。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(jié)數據幀應答發(fā)送給上位機，從而完成下位機地址查詢功能。

    注意，上位機發(fā)送O地址時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(qū)擦除、寫用戶程序代碼、讀用戶程序代碼、扇區(qū)加密和程序下載完畢六種。其中，上位機執(zhí)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(zhí)行用戶程序代碼。

    至于命令包格式，可由用戶自己編寫。這里給出一種典型的命令包格式：

    包標識+包地址+包命令+包長度+包數據+包校驗。另外，ISP代碼文件推薦為二進制格式文件，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代碼編寫完畢后，需要由編程器寫入P89LPC922。在編程前需要進行相關配置字的設定，包括用戶配置字節(jié)，用戶保密字節(jié)，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。為了防止用戶擦除或改寫ISP代碼，用戶保密字節(jié)的7扇區(qū)應為07H，即禁止對ISP代碼進行擦除和讀寫操作．其他扇區(qū)的用戶保密字節(jié)可為OOH，即不設保密狀態(tài)，而由用戶通過通信協議的扇區(qū)加密命令自由設定。用戶配置字節(jié)為0A3H，即看門狗復位功能使能，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際使用帶來極大的方便，尤其在需要更新下載用戶程序時更會顯得得心應手。當然，具體應用時如果在上位機與下位機的通信過程中加入一些加密處理，那么將加強整個自編ISP代碼程序的可靠性、安全性，同時也使具體的應用系統(tǒng)更加完善。