对MC68HC908内Flash在线编程的一种方法

MC68HC908系列单片机的片内Flash可以在两种模式下在线编程:监控模式(monitor mode)和用户模式(usermode)。两种模式各有优缺点：监控模式需要外部硬件支持,但不需要单片机内部程序的存在,所以适合于对新出厂芯片进行编程写入,或是对芯片的整体擦除或写入;用户模式可以在单片机正常工作时进入,所以常用在运行过程中对部分Flash单元进行修改,特别适合于目标系统的动态程序更新和运行数据存储。在Freescale的许多文档中一再强调在用户模式下调用编程子例程之前,应该先将子例程复制到RAM中去,然后跳转到RAM执行;但是对于RAM区较少的单片机(如MC68HC908QY4),必须利用监控ROM中固化的程序。对于这类单片机,即使是在监控模式下,RAM区同样是不够Flash编程使用的。因此,本文以MC68HC908QY4为例,为开发者提供一种在用户模式下,通过利用监控ROM中固化的程序实现对单片机片内Flash在线编程的方法。

Flash编程操作

用户可以对Flash进行3种编程操作:整体擦除、页擦除和写入。MC68HC908系列单片机提供了闪速存储控制寄存器(FLCR),Flash的写入和擦除操作都是通过设置FLCR中的控制位来完成的。

目前在FLCR中只有4位是有效的：
◇HVEN(高压允许位),用于将来自片内电荷泵的高压加到Flash阵列上;
◇MASS(整体擦除位),用于选择擦除方式(=1为整体擦除,=0为页擦除);
◇ERASE(擦除控制位),用于选择擦除操作;
◇PGM(编程写入控制位),用于选择编程写入操作。

在对Flash进行编程操作时,必须注意两个单位———页(page)和行(row)。页多用在对Flash进行页擦除操作时,而行多用在对Flash进行编程写入时。对于不同型号的单片机,页和行的定义可能是不一致的(例如MC68HC908GP32,1页等于128字节,1行等于64字节;而对于MC68HC908JL3,1页等于64字节,1行等于32字节);但总的来说,1页都等于2行。

用户还可以选择对部分Flash进行编程保护。保护区的首地址由Flash块保护寄存器(FLBPR)设定,末地址则固定为＄FFFF。受保护的Flash单元将无法被编程擦除或写入。以MC68HC908QY4为例,对Flash进行编程的具体操作步骤如下：

页(整体)擦除操作
①置ERASE位为1(整体擦除的同时置MASS位为1);
②读出Flash块保护寄存器;
③向被擦除的Flash页(整体擦除时为整个Flash区)内任意地址写入任意值;
④延时T_nvs≥1μs;
⑤置HVEN位为1;
⑥延时T_erase≥1ms(整体擦除时为T_merase≥4ms);
⑦清ERASE位为0;
⑧延时T_nvh≥5μs(整体擦除时为T_nvh1≥100μs);
⑨清HVEN位为0;
⑩延时T_rcv≥1μs后,该Flash页(整体擦除时为整个Flash区)可以被正常读取。

(2)写入操作
QY4采用了以行为单位的写入方式,其他某些MC68HC908系列的单片机(如GP32),则采用以页为单位的写入方式。
①置PGM位为1;
②读出Flash块保护寄存器;
③向行地址范围内任意Flash单元写入任意值;
④延时T_nvs≥10μs;
⑤置HVEN位为1;
⑥延时T_pgs≥5μs;
⑦向行内目标地址写入编程数据;
⑧延时T_prog≥40μs;
⑨重复①～⑧的步骤写入编程数据,直至同一行内各字节编程完毕;
⑩清PGM位为0;
⑾延时T_nvh≥5μs;
⑿清HVEN位为0;
⒀延时T_rcv≥1μs以后,该Flash页可以被正常读取。

Flash的在线编程方法

HC08系列MCU出厂时,Flash区包含了字节数不同的监控ROM程序。监控ROM程序包含了HC08系列所共有的基本子程序。在用户模式下,监控ROM程序所在的Flash空间可以很方便地读出。如果读者感兴趣编写一个读Flash的程序,再通过串口发送到计算机端,然后利用CodeWarrior中的反汇编程序将读出的代码反汇编,就可以很清楚地看出这些监控程序具体的执行过程。限于篇幅,本文对于程序本身不再一一列出,只在括号中注明各个程序的功能,并通过示例介绍如何使用ROM中的程序。下面以MC68HC908QY4为例,详细介绍如何通过ROM程序实现对Flash的在线编程。

程序中使用的变量

表1详细列出了程序所定义变量的地址和功能。

表1　程序所定义变量的地址和功能

基本的程序模块及其使用示例

例1 GETBYTE　通过一个I/O引脚接收一个字节数据。

如果该I/O引脚作为输入口,而且有上拉电阻,那么就可以调用GETBYTE。

GETBYTE: equ 2800 ;GETBYTE程序模块的入口地址
Bclr 0,DDRA ;使PTA口的第0位为输入口
Jsr GETBYTE ;调用GETBYTE子程序
Bcc FrameError ;若C=0,则调用出错;否则,
;调用成功

例2 RDVRRNG　①读取Flash指定区间的数据,并将读到的数据发送到上位机;②读取Flash指定区间的数据,并与RAM中的数据表作比较。[page]

①读取地址＄F000～＄F010的数据并发送。
RDVRRNG: equ 2803 ;RDVRRNG程序模块入口地址
Bclr 0,PTA ;对数据端口初始化,PTA0=0
Ldhx # ＄F010 ;将末地址送入寄存器LADDR
Sthx LADDR ;LADDR的地址:RAM首地
;址+#＄0A、RAM首地址
;+#＄0B
Ldhx # ＄F000 ;将首地址送入H∶X寄存器中
Clra ;A=0,选择程序功能模块1
Jsr RDVRRNG ;调用RDVRRNG子程序

②读取地址＄E800～＄E81F中的数据并与RAM中的数据作比较。如果相同,则标志位C置位;否则,标志位C清零。
RDVRRNG: equ 2803 ;RDVRRNG程序模块入口地址
Ldhx # ＄0000 ;HX初始化为零
Lda # ＄AA ;初始化送入数据表中的数据
Data_load: coma ;求反
Sta DATA,x ;在RAM数据表中填充数据,
;#＄55,#＄AA,#＄55,..
Aix # 1
Cphx # ＄ 20 ;数据表共32字节
Bne DATA_load
Ldhx # ＄E81F ;将末地址送入LADDR中
Sthx LADDR
Ldhx # ＄E800 ;将首地址送入HX中
Lda # ＄55 ;A中写入非零数据,用于
;选择程序功能模块②
jsrRDVRRNG ;调用RDVRRNG子程序
bccerror ;C=0,RAM数据表和指定
;Flash区间的数据不相同

例3 ERARNGE　①页擦除;②整体擦除。

①擦除页 # ＄EE00～#＄EE3F。
ERARNGE: equ 2806 ;ERARNGE程序模块入口地址
Mov # ＄ 20,CPUSPD;CPUSPD=4×fop=32,
;CPUSPD的地址为RAM
;首地址+#＄09
Mov # ＄00,CTRLBY
;00选择页擦除,CTRLBYT的
;地址为RAM首地址+#＄08
Ldhx # ＄EE00 ;将要擦除页的首地址写入
;H∶X寄存器中
Jsr ERARNGE ;调用ERARNGE程序

②由于是整体擦除的,因此不需要末地址。程序只须将首地址存放到H∶X寄存器中。示例将擦除#
＄F000～#＄FFFF。

ERARNGE: equ 2806 ;ERARNGE程序模块入口地址
Mov # ＄20,CPUSPD ;CPUSPD=4×fop=32,
;CPUSPD的地址为RAM
;首地址+#＄09
Mov # ＄40,CTRLBYT ;40选择页擦除,
;CTRLBYT的地址为RAM
;首地址+#＄08
Ldhx # ＄EE00 ;将要擦除页的首地址写入
;H∶X寄存器中
Jsr ERARNGE ;调用ERARNGE程序

JB8和JL/JKxx(E)的Flash保护寄存器(FLBPR)不在整个Flash中。由于只要系统上电复位,芯片便会根据FLBPR把某一块地址空间保护起来,因此在使用这条指令之前首先要擦除FLBPR。

例4 PRGRNGE　将RAM中的一段数据下载到指定的Flash地址区间内。

由于在下载程序到Flash之前,必须保证这一块地址空间是空的,所以PRGRNGE应该与ERARNGE结合使用;而且在调用PRGRNGE程序之前必须调用延时子程序DELNUS,用于产生适当的延时。对于几乎所有的HC08单片机,下载区间没有特定的限制,但是对于MC68HLC908QT/QYxx,下载区间必须在同一行内。

PRGRNGE: equ 2809 ;PRGRNGE程序模块入口地址
Ldhx # ＄0000 ;HX初始化为零
Lda # ＄AA ;初始化送入数据表中的数据
Data_load:coma ;求反
Sta DATA,x ;在RAM数据表中填充数据,
;#＄55,#＄AA,#＄55,..
Aix #1
Cphx # ＄20 ;数据表共32字节
Bne DATA_load
Mov # ＄20,CPUSPD　 ;CPUSPD=4×fop=32
Ldhx # ＄EE1F ;写满1行。如果替换为ldhx
;#＄EE3F,则写满1页
Sthx LADDR ;将末地址送入LADDR中
Ldhx # ＄EE00 ;将行的首地址放入H∶X
;寄存器中
Jsr PRGRNGE ;调用PRGRNGE程序

例5 DELNUS　用于产生适当的延时。

DELNUS的两个参数分别存放在累加器A和X寄存器中,其中A>1,X>1。累加器A中的值为CPUSPD=4×f_op。计算公式为DELNUS=3×A×X+8。示例中,已知延时为100μs,要求计算A和X的值。具体的运算过程如下:

①计算100μs的延时需要多少总线周期。Bus_cycle=100μs×8MHz=800cycles
②计算A的数值。　A=CPUSPD=4×8=32
③计算DELNUS程序运行(lda、ldx、jsr)需要的周期数N。 N=2+2+5=9
④计算X的值。由方程DELNUS_100us=800=DELNUS+9=3×32×X+8+9,可得X=8,则程序为：

DELNUS: equ 280C ;DELNUS程序模块
;入口地址
DELNUS_100us: lda # ＄20 ;A=#＄20
Ldx # ＄8 ;X=8
Jsr DELNUS ;调用DELNUS程序

结语

不同类型的单片机,各程序模块的入口地址不同,开发者可以查阅Freescale的技术资料,找出这些程序模块的入口地址。这里还有一点要说明:若要用这种方法对Flash进行在线编程,则该型MCU必须具有本文第2部分所描述的程序功能模块。本文的目的就是想以MC68HC908QY4为例,为开发者提供一种对片内Flash在线编程的方法,由此获得更多、更好的应用。