基于P89C51RD2 IAP功能的數(shù)據(jù)存取與軟件升級(jí)
關(guān)鍵詞：P89C51RD2 Boot ROM IAP（ISP）功能 軟件升級(jí)
1 概述
P89C51RD2是Philips公司的80C51系列單片機(jī)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(duì)Flash塊、Flash寄存器、Boot向量等進(jìn)行擦除和重新編程，即可以用程序來改變程序。IAP對(duì)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(shí)現(xiàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，就是儀器的程序可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)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(jìn)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(shí)現(xiàn)在參考文獻(xiàn)3已有所論述。
P89C51RD2的IAP功能的實(shí)現(xiàn)了是靠Philips公司提供的Boot ROM固件來實(shí)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(duì)Boot ROM反匯編內(nèi)容進(jìn)一步的分析可以看出：ISP和IAP是一脈相承的，ISP功能的實(shí)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(dá)到深入了解和利用IAP功能的目的。
2 對(duì)Boot ROM中有關(guān)IAP功能代碼的分析
3 對(duì)Boot ROM中ISP和IAP的相互關(guān)系分析
2、3內(nèi)容請(qǐng)見本刊網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)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(gè)實(shí)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(kuò)展非易失性SRAM，多用在對(duì)時(shí)間要求比較苛刻的場(chǎng)合；另一種做法是擴(kuò)展EEPROM（并行或串行）或類似存儲(chǔ)器，多用在對(duì)時(shí)間要求不太荷刻的場(chǎng)合。這兩種方法可達(dá)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(duì)于一般的應(yīng)用來說足夠大，往往會(huì)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(jìn)行，那么剩余的閃存空間只能作為程序升級(jí)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(kuò)展存儲(chǔ)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(jī)，其內(nèi)存結(jié)構(gòu)具有如下特點(diǎn)（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(dú)擦除；
③在程序中可以調(diào)用IAP功能，對(duì)閃存中的每一字節(jié)進(jìn)行單獨(dú)編程。
正是由于上述3個(gè)特點(diǎn)，在一些對(duì)時(shí)間要求不是很荷刻的場(chǎng)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(cè)儀器的研制中，有些關(guān)鍵數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)，如整點(diǎn)的風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、氣壓和降水量的瞬時(shí)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(shí)間大約需要0.5s，則剩余的時(shí)間內(nèi)就可以利用IAP功能來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。這些存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可以通過串口被上位機(jī)調(diào)用。
由于整個(gè)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(jí)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(chǔ)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(chǔ)10天的數(shù)據(jù)量。在實(shí)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(shí)，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(duì)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(shí)際情況進(jìn)行定義；AUXR1，PGM_MTP的定義同前。有關(guān)子程序?yàn)椋?/P>
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(gè)子程序結(jié)合實(shí)際情況靈活運(yùn)用，便可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效存儲(chǔ)，而且這些數(shù)據(jù)在掉電后是不丟失的，完全達(dá)到系統(tǒng)要求。
4.2 IAP功能應(yīng)用于儀器升級(jí)
利用P89C51RD2固有的ISP功能，在所設(shè)計(jì)的儀器中增加1個(gè)撥碼開關(guān)，便可以實(shí)現(xiàn)智能儀器的軟件升級(jí)。對(duì)操作人員的要不高，原理簡(jiǎn)單易行。具體方法請(qǐng)見參考文獻(xiàn)4。
文獻(xiàn)4所討論的ISP功能與遠(yuǎn)程升級(jí)，實(shí)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(gè)過程由ISP程序模塊來控制，而用戶程序由于是被升級(jí)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(jí)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(jí)變得更加簡(jiǎn)單。
前面已經(jīng)指出，ISP和IAP是一脈相承的，ISP功能的實(shí)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(jì)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(huì)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(jī)誤傳來擦除BLOCK4的指令，將被認(rèn)為是錯(cuò)誤指令而不予執(zhí)行，這樣就可以保證該部分程序不會(huì)被擦除。
整個(gè)ISP功能程序的編制可以參照參考文獻(xiàn)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(dòng)跟蹤去掉，使用固定波特率，并且將整個(gè)協(xié)議進(jìn)行簡(jiǎn)化，將所有功能規(guī)劃為擦除、編程、讀出、校驗(yàn)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(dòng)命令為“[ISP START]”。當(dāng)下位機(jī)收到上位機(jī)傳輸?shù)脑摋l指令時(shí)，便跳轉(zhuǎn)到用戶自編的ISP程序中，此時(shí)上下位機(jī)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(yàn)等功能，直到上位機(jī)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(yàn)成功。此時(shí)跳出ISP，使指針指向0000H單元，則系統(tǒng)根據(jù)升級(jí)正常運(yùn)行。有關(guān)流程如圖2所示。
自編ISP程序具有以下特點(diǎn)：
*自編ISP程序與上位機(jī)的協(xié)議參考Philips公司的有關(guān)協(xié)議并予以簡(jiǎn)化，啟動(dòng)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(shí)開始執(zhí)行，升級(jí)完成后，可以將程序指針轉(zhuǎn)向新程序，不必重新啟動(dòng)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(jī)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(diǎn)，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(duì)整片進(jìn)行升級(jí)。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(shí)可行的。
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