2018年03月10日 | ISP程序的设计思路

    许多应用系统中都需要进行程序代码升级，如果程序代码在外部Flash存储器中，实现程序代码升级可以对外部Flash直接操作。但对于在单片机内部的一些系统程序代码，就要求此单片机支持IAP（In-ApplICation-Programming）功能。本文即介绍此情况下的ISP（In-System-Programming）程序设计方法，以及在SST和STC单片机上的具体实现。

    1 ISP实现基本结构

    ISP的实现方式有很多种，但大致都遵循图1所示流程。

图1

    其中，判断用户ISP选择，一般有以下几种方式。

    （1） 连接计算机系统，由系统的命令选择

    进入用户ISP选择判断时，先由单片机发送特定特征数据，然后等待命令数据，如果在一定的时间内，接收到计算机系统发出的选择命令则进入用户代码升级，否则直接跳转到用户代码执行。

    （2） 由用户板上的跳线选择

    一般利用单片机空余的端口，设计一个代码升级选择跳线。进入用户ISP选择判断时，单片机可以直接根据此端口的状态判断进入用户代码升级还是直接跳转到用户代码执行。

    （3） 由用户板操作功能选择

    在用户板的功能菜单或功能组合中，允许用户选择代码升级功能，同时，在外部存储器中存放相应的标志。当选择代码升级功能时，在外部存储器中写入特定数据，然后程序复位。进入用户ISP选择判断时，判断外部存储器中的数据，如果符合条件则进入用户代码升级，否则直接跳转到用户代码执行。

    2  IAP程序设计

    目前，许多单片机都支持IAP功能，一般这些单片机内部都包含两个Flash块，在一块Flash中运行的程序可对另一块Flash进行擦除和重新编程。一般都将ISP程序存放在容量较小的一块Flash中（BLOCk1），而将用户代码存放在容量较大的一块Flash中（Block0）。Block1中的ISP程序对Block0中的用户代码进行擦除和重新编程。

    下面以两种51系列兼容的Flash单片机为例，介绍IAP的程序设计。一种是SST89C54,另一种是STC89C516RD。

    （1） SST89C54相关特性

    SST89C54内部有20KB（16KB+4KB）程序存储器，统一编址。Block0为0000H～3FFFH;Block1为F000H～FFFFH。Block1可以选择映射到0000H地址开始的1KB/2KB/4KB程序区。

    （2） STC89C516RD相关特性

    SST89C516RD内部有72KB（64KB+8KB）程序存储器。Block0为0000H～FFFFH,Block1可以选择映射到0000H地址开始的8KB程序区（上电复位缺省为地址映射）。

    SST与STC单片机的IAP操作几乎完全相同。要特别注意的是，Block0_erase函数中对于block0的选择，两种单片机是不同的（正好相反）。

    3  ISP程序到用户代码的切换

    在设计中一般都将ISP程序设计为上电复位后运行的程序，如果不需要用户代码升级或升级完成后，就要将程序切换到用户代码执行。ISP程序到用户代码的切换，不同的单片机各不相同。

    （1） SST89C54程序区BLOCk1到Block0的切换实现

    SST89C54单片机在烧录时，将ISP程序写到Block1,并且烧录映射选择位RB0/RB1（RE-MAP[1:0]）。这样程序上电复位时，自动将Block1映射到0000H地址开始的4KB程序区，进入ISP程序执行。由于Block1同时还分配在地址F000H～FFFFH,因此，编译生成ISP程序代码时，设定所有的地址范围都在F000H～FFFFH。需要切换到用户代码（Block0）运行时，修改SFCF[7]控制位VIS,将Block1的0000H地址映射取消，然后程序跳转到地址0000H执行，则开始运行Block0中的用户代码程序。

    本刊网站中给出了ISP的C程序源代码ISP.C。需要注意的是，此程序在Keil-C中要建立工程文件，包含 IAP.C函数以及STARTUP.A51,并且在IAP.C和ISP.C中都要去掉STC的定义。为了将地址范围设定到F000H～FFFFH,要将STARTUP.A51中程序入口地址由0改为0F000H,如下：

    CSEG AT 0F000H

    C_STARTUP: LJMP STARTUP1

    还要修改编译选项设置Target选项卡中Off-Chip Code memory：Start =0xF000;Size=0x1000;还要设置C51选项卡中Interrupt Vectors at address：0xF000。

    （2） STC89C516RD程序区Block1到Block0的切换实现

    STC89C516RD单片机在烧录时，将ISP程序写到Block1。（注意：并不烧录SC0/SC1位）。单片机上电复位时，缺省的Block1映射到0000H地址开始的8KB程序区，进入ISP程序执行。需要切换到用户代码（Block0）运行时，ISP修改SFCF[1]控制位SWR,产生一个软复位（SOFtware Reset）。由于SC0和SC1都未烧录，程序软复位后，Block1将不再映射到0000H地址映，则开始运行Block0中的用户代码程序。

    本刊网站中给出了ISP的C程序源代码ISP.C。要注意的是：此程序在Keil-C中要建立工程文件，包含IAP.C函数，并且在IAP.C和ISP.C中都要保留STC的定义。

    4  与计算机的通信协议

    升级用户代码时，需要与计算机进行通信，一般采用RS232串行通信，数据协议采用简单协议。此协议参考了ADuC812单片机的ISP数据协议。（ADuC812单片机硬件内置ISP程序）。

    （1） 复位命令（计算机→单片机）

    计算机发送4字节复位命令：21H,5AH,00H,A6H,单片机返回复位信息。

    （2） 复位信息（单片机→计算机）

    复位信息为25字节，前3字节为单片机公司特征字符（如：“ADI”“SST”“STC”），最后1字节为校验和。

    （3） 数据包格式（计算机→单片机）

    计算机发送数据包格式：07H、0EH、长度、数据、校验和（长度与数据的校验和）。

    （4） 擦除命令

    计算机发送数据包，其中数据只有1字节，内容为：字符“A”或“C”。单片机擦除用户程序区后返回1字节06H表示成功；05H表示失败。

    （5） 编程命令

    计算机发送数据包，其中数据内容：“W”，00H,地址高字节，地址低字节，程序数据。单片机返回1字节06H表示成功；05H表示失败。

    （6） 运行用户程序

    计算机发送数据包，其中数据只有1字节，内容为：字符“U”。单片机返回1字节06H表示成功，然后跳转到用户程序运行。

    本刊网站提供了计算机下载软件的C程序源代码Download.C。

    结语

    根据以上ISP程序设计思路和实例，大家可以修改ISP初始代码，或者丰富它的ISP功能（读功能、口令控制等），尝试设计自己的ISP程序，定能为自己的系统增色不少。