P89LPC922自編ISP代碼的研究

    隨著微控制器應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)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(shí)不需要將微控制器從目標(biāo)系統(tǒng)中移出，并且只需要有限的幾個(gè)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(chǎn)品的開發(fā)和具體應(yīng)用相當(dāng)方便。本文將分析P89LPC922預(yù)設(shè)ISP代碼的優(yōu)缺點(diǎn)，進(jìn)一步結(jié)合應(yīng)用的實(shí)際情況，研究自編ISP代碼的方案，并給出具體的實(shí)現(xiàn)方法，對于由Ps9LPC922構(gòu)成的微控制器系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

1 P89LPC922預(yù)設(shè)ISP代碼功能分析

    P89LPC922是一款由Philips公司生產(chǎn)的單片封裝的微控制器。它采用高性能的處理器結(jié)構(gòu)，集成了包括ISP功能在內(nèi)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(shí)，用戶代碼空間的高512字節(jié)包含了一個(gè)串行ISP子程序，允許器件在電路中通過串行口進(jìn)行編程。應(yīng)用ISP功能時(shí)，需要使用芯片的5個(gè)引腳(Vdd、Vss、TxD、RxD、RST)，并且需要一個(gè)連接器與計(jì)算機(jī)串口相連。
   
    為了使器件進(jìn)入ISP狀態(tài)，必須在上電時(shí)給復(fù)位引腳3個(gè)準(zhǔn)確定時(shí)的低電平脈沖。脈沖數(shù)目只能是3個(gè)，少于或多于3個(gè)脈沖都會(huì)導(dǎo)致器件無法進(jìn)入ISP模式。另外一種進(jìn)入ISP模式的方法是利用串口間隔檢測功能使芯片復(fù)位，并使器件強(qiáng)制進(jìn)入ISP模式。但這種方法需要在用戶程序中進(jìn)行相應(yīng)的功能設(shè)置，而P89LPC922預(yù)設(shè)的ISP代碼并不支持這種方式。
   
    進(jìn)入ISP模式后，雖然可以對接收到的特定字符進(jìn)行波特率的自動(dòng)設(shè)定，但這個(gè)波特率的設(shè)定參數(shù)只有1個(gè)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(shè)定后只接收Intel-Hex格式的記錄。
   
    由上述分析可知，P89LPC922預(yù)設(shè)ISP功能雖然比較完善，可以滿足芯片開發(fā)階段的應(yīng)用，但如果產(chǎn)品定型后，特別是在將其做為聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中下位機(jī)的實(shí)際現(xiàn)場，要進(jìn)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(shí)現(xiàn)。這主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

    ◇必須在上電時(shí)才能進(jìn)入ISP模式，不適合遠(yuǎn)程控制；
    ◇需要使用復(fù)位引腳，且相應(yīng)控制時(shí)序嚴(yán)格；
    ◇波特率范圍有一定限制；
    ◇無地址選項(xiàng)，不支持系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)；
    ◇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(dāng)大的自由度。下面以P89LPC922組成的485總線聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)為例，給出自編ISP代碼的功能要求：

    ◇硬件上不使用復(fù)位引腳，只用串口收發(fā)兩線連接即可；

    ◇不必上下電，隨時(shí)都可使器件進(jìn)入ISP模式；

    ◇自動(dòng)判斷設(shè)定通信波特率，波特率應(yīng)有十種；

    ◇器件有地址，并且這個(gè)地址可隨時(shí)查詢、修改；

    ◇可實(shí)現(xiàn)用戶代碼的擦除、寫、校驗(yàn)、加密的功能。

    其中，485總線聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的上位機(jī)為計(jì)算機(jī)，下位機(jī)為P89LPC922。

    為了實(shí)現(xiàn)上述功能，必須解決以下幾個(gè)問題：

    ◇代碼存儲區(qū)如何分配；

    ◇芯片地址的規(guī)劃及處理；

    ◇進(jìn)ISP方法；

    ◇自動(dòng)判定波特率方法；

    ◇串口工作方式及通信協(xié)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(yīng)用于程序存儲區(qū)的高端。當(dāng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shí)判斷地址合法性使用，從而增加可靠性。

2.3 進(jìn)入ISP方法

    因功能要求不能利用復(fù)位引腳方式進(jìn)入ISP模式，所以只能將引導(dǎo)狀態(tài)設(shè)為l，引導(dǎo)向量設(shè)為lFH。這樣，每次上電復(fù)位或其他復(fù)位時(shí)，程序固定從lF00H地址開始執(zhí)行，即復(fù)位后芯片首先進(jìn)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(shí)間(如2s)內(nèi)沒有進(jìn)行任何ISP操作，程序都將轉(zhuǎn)到地址O去執(zhí)行用戶程序代碼。在轉(zhuǎn)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(shè)置完畢，這樣，在執(zhí)行用戶程序代碼時(shí)即可通過串口間隔檢測功能，使芯片復(fù)位后進(jìn)入ISP模式。下面為串口間隔檢測功能設(shè)置的相關(guān)程序。

    ANL SSTAT，#OFAH ；清除BR位，SSTAT．2
    MOV BRGCON，#00H ；關(guān)波特串發(fā)生器
    ORL AUXRl，#40H ；置位EBRR位，當(dāng)檢測到UART    ；間隔信號時(shí)即進(jìn)行復(fù)位
    MOV SCON，#50H ；設(shè)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(shè)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?qū)Υ诘氖褂?，用戶程序可以對串口工作方式及波特率進(jìn)行重新設(shè)定，同時(shí)用戶程序也不會(huì)影響利用串口喑隔檢測功能進(jìn)入ISP模式。實(shí)際使用中，上位機(jī)發(fā)送0信號0.5s，然后恢復(fù)為1信號，即可使串口檢測到間隔信號，從而使芯片復(fù)位后進(jìn)入ISP代碼程序。

2.4自動(dòng)判定波特率

　　下位機(jī)（即P89LPC922）復(fù)位后，在規(guī)定的時(shí)間(如2s內(nèi)，上位機(jī)按照用戶設(shè)定的波特串向下位機(jī)發(fā)送l字節(jié)址幀，此地址幀為85（十六進(jìn)制為55H）。下位機(jī)根據(jù)此地址幀判定設(shè)置自己的波特率。
   
    首先，設(shè)置定時(shí)器Tl為模式l，設(shè)置16位計(jì)數(shù)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(shí)際這一過程為判斷上位機(jī)發(fā)送地址幀的起始位，同時(shí)也是一種防干擾的措施。接下來在RXD的下降沿啟動(dòng)定時(shí)器Tl，在RXD的下一個(gè)下降沿關(guān)閉定時(shí)器T1。這時(shí)定時(shí)器Tl的16位計(jì)數(shù)器的值即為以當(dāng)前波特率發(fā)送2位數(shù)據(jù)的時(shí)間。固定時(shí)器的時(shí)鐘源為獨(dú)立的波特率發(fā)生器時(shí)鐘源的二分頻，因而此時(shí)定時(shí)器Tl的16位計(jì)數(shù)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(dāng)然，根據(jù)這種方法所得到的16位計(jì)數(shù)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(shè)定的波特率與理論值完全相同，可以根據(jù)功能要求的十種波恃串計(jì)算出理論值，再與16位計(jì)數(shù)器的值進(jìn)行比較，然后將理論值寫入寄存器BRGR1及BRGR0，從而使設(shè)定的波特率百分之百準(zhǔn)確。

2.5 串口工作方式及通信協(xié)議的確定

    對于聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，串口需要設(shè)為模式3狀態(tài)。上位機(jī)與下位機(jī)的每一次通信都按照“命令一響應(yīng)”方式進(jìn)行，上位機(jī)發(fā)出“命令”，下位機(jī)以“響應(yīng)”方式進(jìn)行應(yīng)答。
   
    單個(gè)數(shù)據(jù)幀由11位組成，格式如下：
    1個(gè)起始位+8個(gè)數(shù)據(jù)位+1個(gè)標(biāo)識位+1個(gè)停止位
    其中，標(biāo)識位=l表示此幀為地址幀，標(biāo)識位=0表示此幀為數(shù)據(jù)幀。
   
    通信開始時(shí)，下位機(jī)處于地址幀接收模式，上位機(jī)發(fā)送l字節(jié)地址幀做為點(diǎn)名包命令，點(diǎn)名地址幀范圍即下位機(jī)地址范圍為1~255；下位機(jī)接收到點(diǎn)名包后與自己的地址進(jìn)行比較，如相符，則把地址幀接收模式改為地址幀和數(shù)據(jù)幀都可以接收的模式，并將自己的地址做為1字節(jié)數(shù)據(jù)幀應(yīng)答發(fā)送給上位機(jī)。上位機(jī)收到后判斷與所發(fā)送的地址一致、上位機(jī)則開始以數(shù)據(jù)幀模式發(fā)送各種命令，與下位機(jī)進(jìn)行通信。下位機(jī)進(jìn)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(zhuǎn)到地址0去執(zhí)行用戶程序代碼。如果地址等于0，下位機(jī)則把地址幀接收模式改為地址幀和數(shù)據(jù)幀都可以接收的模式，并將自己的當(dāng)前地址做為l字節(jié)數(shù)據(jù)幀應(yīng)答發(fā)送給上位機(jī)，從而完成下位機(jī)地址查詢功能。

    注意，上位機(jī)發(fā)送O地址時(shí)只能連接一臺下位機(jī)。
   
    根據(jù)功能要求，上位機(jī)發(fā)送給下位機(jī)的命令應(yīng)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(jī)執(zhí)行下載完畢命令，下位機(jī)返回下載完畢響應(yīng)后，下位機(jī)轉(zhuǎn)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(biāo)識+包地址+包命令+包長度+包數(shù)據(jù)+包校驗(yàn)。另外，ISP代碼文件推薦為二進(jìn)制格式文件，這樣可以減少相應(yīng)程序的復(fù)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(jìn)行相關(guān)配置字的設(shè)定，包括用戶配置字節(jié)，用戶保密字節(jié)，引導(dǎo)向量及引導(dǎo)狀態(tài)。
   
    其中，引導(dǎo)向量為1FH，引導(dǎo)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(yīng)為07H，即禁止對ISP代碼進(jìn)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(shè)保密狀態(tài)，而由用戶通過通信協(xié)議的扇區(qū)加密命令自由設(shè)定。用戶配置字節(jié)為0A3H，即看門狗復(fù)位功能使能，掉電檢測使能，復(fù)位引腳做為輸入引腳，使用內(nèi)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(yīng)用環(huán)境的ISP代碼程序。這將給這款芯片的實(shí)際使用帶來極大的方便，尤其在需要更新下載用戶程序時(shí)更會(huì)顯得得心應(yīng)手。當(dāng)然，具體應(yīng)用時(shí)如果在上位機(jī)與下位機(jī)的通信過程中加入一些加密處理，那么將加強(qiáng)整個(gè)自編ISP代碼程序的可靠性、安全性，同時(shí)也使具體的應(yīng)用系統(tǒng)更加完善。