SM2965MCU及其在系統(tǒng)編程中的應(yīng)用

1 引言

在系統(tǒng)中編程（ISP）技術(shù)的出現(xiàn)是對傳統(tǒng)編程方法的突破，它是指在用戶設(shè)計的微控制器系統(tǒng)中為配置新的系統(tǒng)功能對器件進行重新編程的技術(shù)，在線將程序代碼（固件）下載到程序存儲器中。繼SST公司推出具備ISP功能的FlashFlex51 [1]系列微控制器之后，PHILISPS、WINBOND、LG、ATMEL、SynCMOS等公司相繼推出具備ISP/IAP （In-Application Programming）功能的51系列微控制器[2]。這些器件的性能增強還表現(xiàn)在：（1）內(nèi)部ROM采用Flash存儲器，容量達到32～64k字節(jié)，內(nèi)部RAM容量達到512～1024字節(jié)；（2）增加特殊功能寄存器，控制功能進一步增強；（3）內(nèi)部配置看門狗定時器復(fù)位電路；（4）為降低 EMI可禁止ALE輸出；（5）雙DPTR指針等，這些功能使得微控制器外部擴展進一步簡化，形成了真正的"單片"結(jié)構(gòu)。在POS收費終端機中更換了SynCMOS公司的SM2965作為主處理器，不用修改硬件利用微控制器串行口即可方便地實現(xiàn)ISP功能。本文主要分析SM2965的ISP功能特點及在使用中的注意事項。

2 SM2965的特點

和標(biāo)準(zhǔn)的80C52相比，SM2965有以下特點： ①編程電壓5V；②64k字節(jié)片內(nèi)Flash存儲器，分為128個頁，每頁512字節(jié)（包括實現(xiàn)ISP功能的下載程序空間）；③實現(xiàn)ISP功能下載程序空間大小可設(shè)置為 N×200H（N=0～8）； ④256字節(jié)的片內(nèi)RAM+768字節(jié)的片內(nèi)擴展RAM（ERAM）；⑤看門狗定時器；⑥對PLCC和QFP封裝型號增加了P4口：P4.0～P4.3；⑦為降低EMI，無必要時可禁止ALE信號輸出；⑧復(fù)位后硬件檢測程序存儲器空間0000H地址如為空（即#0FFH），則自動跳到ISP功能程序入口地址。

3 SM2965存儲器結(jié)構(gòu)

3.1 程序存儲器

SM2965內(nèi)部集成了64k字節(jié)的Flash存儲器作為程序存儲器，地址范圍為0000H～0FFFFH，用于存放執(zhí)行用戶程序的應(yīng)用程序和執(zhí)行ISP功能的下載程序兩部分內(nèi)容。

執(zhí)行ISP功能的下載程序空間最大可配置到4K 字節(jié)，空間大小=N×200H字節(jié)，N=0表示不配置下載程序，64K字節(jié)Flash 存儲器全部用于應(yīng)用程序；N=1表示0FE00H～0FFFFH共有200H個字節(jié)配置給下載程序空間使用，從0000H～FDFFH供應(yīng)用程序使用； N=8表示下載程序空間達到最大配置，為4K字節(jié)。N 的大小只能通過商用編程器配置，一旦在編程器上配置為 N≠0，在系統(tǒng)中無法改變ISP空間的配置。SM2965程序空間組成如圖1所示。 0FFFFH-（N×200H）為下載程序的入口地址。

3.2 數(shù)據(jù)存儲器

SM2956在標(biāo)準(zhǔn)的80C52內(nèi)核的基礎(chǔ)上，增加了8個特殊功能寄存器，用于實現(xiàn)SM2965增加的功能和768字節(jié)的片內(nèi)擴展數(shù)據(jù)存儲器Expanded Ram（ERAM），使片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器總?cè)萘窟_到1K字節(jié)。數(shù)據(jù)存儲器組成如圖2。SM2965增加的特殊功能寄存器[3]見表1。

4 與ISP功能有關(guān)的特殊功能寄存器

4.1 ISP特殊功能寄存器介紹

與ISP功能有關(guān)的特殊功能寄存器有FAH、 FAL、FDAT、SCONF和FCR，其中FAH×256+FAL為編程狀態(tài)下的目標(biāo)地址，F(xiàn)DAT為編程數(shù)據(jù)。

SCONF為系統(tǒng)控制寄存器，SCONF中的位2 與ISP功能有關(guān)，SCONF各位定義如下：

WDR R R R R ISPE OME ALE1
MSB LSB
SCONF的3～6位保留未用，SCONF復(fù)位狀態(tài)為00000010B。
WDR：看門狗定時器溢出位；
OME：片內(nèi)擴展數(shù)據(jù)存儲器ERAM選擇位，1 選擇片內(nèi)，0 選擇片外；
ALEI：ALE輸出禁止位；
ISPE：為ISP功能總允許/禁止位，為1允許，為0禁止。ISPE設(shè)置為0，將屏蔽全部ISP功能。在執(zhí)行應(yīng)用程序時將ISPE=0可有效防止Flash存儲器內(nèi)容被非法改寫。

Flash控制寄存器FCR在編程時起關(guān)鍵作用，其各位定義如下：

MSB LSB
其中FCR的2～6位保留未用，F(xiàn)CR復(fù)位狀態(tài)為00000000B。
START：ISP功能啟動位；
START=1，啟動ISP功能，具體功能由F1、 F0決定；START=0，無ISP操作。

在START位置1后，SM2965硬件自動鎖存地址和數(shù)據(jù)并獲得程序指針控制權(quán)直到ISP功能結(jié)束，START自動復(fù)位為0。下載程序中無須檢查 START的狀態(tài)。

F1～F0 ISP功能選擇位

F1F0 ISP功能
00 字節(jié)編程
01 芯片寫保護
10 頁面擦除
11 整片擦除
Flash存儲器的一個頁面為200H字節(jié)。執(zhí)行ISP 功能，需要指定Flash存儲器地址；執(zhí)行字節(jié)編程功能，F(xiàn)lash存儲器地址為編程字節(jié)的目標(biāo)地址；執(zhí)行頁面擦除功能，該地址為該頁面內(nèi)任一地址；執(zhí)行整片擦除和芯片寫保護，則為0000H～0FFFFH 范圍內(nèi)任一地址；執(zhí)行整片擦除，SM2965將擦除ISP下載程序空間外的所有Flash存儲器；執(zhí)行芯片寫保護功能，SM2965存儲器讀出內(nèi)容全部為"00H"。

4.2 ISP特殊功能寄存器使用舉例

例1：字節(jié)編程，#2CH編程到地址2005H

MOV SCONF, #04H ；開放全部ISP功能
MOV FAH, #20H ；目標(biāo)地址高地址20H
MOV FAL, #05H ；目標(biāo)地址低地址 05H
MOV FDAT, #2CH ；寫入數(shù)據(jù)：2CH
MOV FCON, #80H ；設(shè)置START位為1，啟動字節(jié)編程功能，將22H固化到1005H，ISP功能結(jié)束后，START自動復(fù)位為0，PC指向下一條指令
例2：擦除Flash頁面，如擦除253CH地址所對應(yīng)的頁面
以512字節(jié)為一頁，253CH處于頁面地址范圍為2400H～25FFH，執(zhí)行下面程序后，該頁面全部寫成#0FFH。

MOV SCONF, #04H ；開放全部ISP功能
MOV FAH, #25H ；目標(biāo)地址高地址25H或24H
MOV FAL, #3CH ；目標(biāo)地址低地址3CH或任意
MOV FDAT, #00H ；寫入數(shù)據(jù)：00H或任意
MOV FCON, #82H ；設(shè)置START位為1，啟動頁面擦除功能。ISP功能結(jié)束后，START自動復(fù)位為0，PC指向下一條指令

5 應(yīng)用中的問題

SM2965的ISP開發(fā)靈活方便，硬件上不需要任何輔助配件，應(yīng)用系統(tǒng)線路無須做任何變動，可由設(shè)計者自定義任何編程通信協(xié)議，經(jīng)計算機或簡單工具通過任何I/O口或UART口送入SM2965中，不像其它具有ISP的MCU那樣必須針對特定的管腳和特殊的TIMMING協(xié)議才能實現(xiàn)。但在不同應(yīng)用中仍需注意以下幾點：

（1）SM2965程序空間可分為執(zhí)行ISP功能的下載程序和執(zhí)行用戶程序的應(yīng)用程序兩部分，下載程序空間的大小可在商用編程器上配置，一旦配置被寫入，下載程序在系統(tǒng)應(yīng)用中將保持不變。下載程序空間最大可配置到4 kB，該空間除存放下載程序外，還應(yīng)將固定的應(yīng)用程序（如主監(jiān)控程序）也放在該空間內(nèi)，而把需要頻繁更新的應(yīng)用程序放在在線可編程的應(yīng)用程序空間中。

（2）對于在應(yīng)用系統(tǒng)中僅更新部分應(yīng)用程序的情況，如改變系統(tǒng)運行時的一些重要參數(shù)或者把SM2965的Flash當(dāng)作EEPROM使用，則在系統(tǒng)中不可以執(zhí)行芯片寫保護和整片擦除功能。這時芯片內(nèi)的應(yīng)用程序是可通過編程器讀出的。為了防止非法讀取，這些重要參數(shù)可通過加密算法（如DES密碼算法）形成密文后再存儲到應(yīng)用程序空間，應(yīng)用中通過下載程序空間（讀不出）的密碼算法和密鑰將密文還原為明文。

（3）對于在應(yīng)用系統(tǒng)中更新全部應(yīng)用程序的情況，則要注意Flash空間0000H地址的代碼寫入順序的問題，這是因為SM2965芯片復(fù)位后硬件檢測Flash空間0000H地址如為空（即#0FFH），則自動跳到下載程序的入口地址，否則從0000H地址執(zhí)行應(yīng)用程序。所以對于更新全部應(yīng)用程序時，在下載程序中首先執(zhí)行整片擦除，然后開始從第1頁即0200H地址編程，最后編程第0頁，從0001H地址開始，所有地址編程全部確認（CRC校驗）無誤時，再編程0000H地址。

（4）用主機進行遠程下載更新程序時，為了解決干擾產(chǎn)生的誤碼問題，可把應(yīng)用程序代碼分為若干個短數(shù)據(jù)包，每個數(shù)據(jù)包帶有CRC，下載程序應(yīng)首先把數(shù)據(jù)包存入緩沖區(qū)，對CRC判斷正確后再進行編程。

（5）在執(zhí)行下載程序前，如果啟動了SM2965 內(nèi)部的看門狗定時器，在下載程序中應(yīng)首先禁止看門狗定時器，以防止硬件復(fù)位造成下載失敗。

（6）對于更新全部應(yīng)用程序的情況，下載完畢后建議通過硬件看門狗復(fù)位啟動系統(tǒng)，而不要使用跳轉(zhuǎn)指令。

出現(xiàn)開始使用SM2965時，經(jīng)常會出現(xiàn)下載失敗，要通過商用編程器重新編程SM2965的問題，采取上述措施后，近兩年來未發(fā)生一例下載失敗的現(xiàn)象。