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基于P89C51RD2 IAP功能的數(shù)據(jù)存取與軟件升級
摘要：分析BootROM中的部分源代碼，重點是IAP功能以及ISP和IAP的相互關(guān)系；應(yīng)用IAP功能將剩余程序空間轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)空間，以及自編ISP程序來實現(xiàn)儀器的軟件升級。關(guān)鍵詞：P89C51RD2BootROMIAP（ISP）功能軟件升級
1概述
P89C51RD2是Philips公司的80C51系列單片機中的佼佼者，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（InSystemProgramming）、在應(yīng)用中編程IAP（In-ApplicationProgramming）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，而這些功能實現(xiàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，就是儀器的程序可以根據(jù)實際情況進(jìn)行改變和調(diào)整。
Philips公司在P89C51RD2中提供了BootROM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)BootROM的讀出方法以及BootROM與ISP功能的實現(xiàn)在參考文獻(xiàn)3已有所論述。
P89C51RD2的IAP功能的實現(xiàn)了是靠Philips公司提供的BootROM固件來實現(xiàn)的。BootROM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BootROM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功能的實現(xiàn)調(diào)用IAP功能的子程序。本文將分析BootROM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BootROM中有關(guān)IAP功能代碼的分析
3對BootROM中ISP和IAP的相互關(guān)系分析
2、3內(nèi)容請見本刊網(wǎng)絡(luò)補充版
4IAP功能的使用
4.1程序空間用作數(shù)據(jù)空間
在一個實際的應(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,多用在對時間要求比較苛刻的場合；另一種做法是擴(kuò)展EEPROM（并行或串行）或類似存儲器，多用在對時間要求不太荷刻的場合。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，這對于一般的應(yīng)用來說足夠大，往往會有剩余的閃存空間。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，其內(nèi)存結(jié)構(gòu)具有如下特點（見圖1）：
�、匍W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）；
�、诿恳粔K都可以單獨擦除；
�、墼诔绦蛑锌梢哉{(diào)用IAP功能，對閃存中的每一字節(jié)進(jìn)行單獨編程。
正是由于上述3個特點，在一些對時間要求不是很荷刻的場合，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)測儀器的研制中，有些關(guān)鍵數(shù)據(jù)需要存儲，如整點的風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、氣壓和降水量的瞬時值和十分鐘平均值，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，采集處理時間大約需要0.5s,則剩余的時間內(nèi)就可以利用IAP功能來存儲數(shù)據(jù)。這些存儲的數(shù)據(jù)可以通過串口被上位機調(diào)用。
由于整個軟件經(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10天的數(shù)據(jù)量。在實際操作中，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，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。對有關(guān)地址定義如下：
ADDR_LEQU30H;被編程數(shù)據(jù)的低8位地址
ADDR_LEQU31H;被編程數(shù)據(jù)的高8位地址
DATA_TEMPEQU32H;被編程數(shù)據(jù)
ADDR_L,ADDR_H和DATA_TEMP的具體地址可以根據(jù)用戶程序的實際情況進(jìn)行定義；AUXR1,PGM_MTP的定義同前。有關(guān)子程序為：
擦除BL0CK3
ERSBLOCK3:;BLOCK3擦除
MOVAUXR1,#20H;AUXR1的位ENBOOT=1,尋址到固件
MOVR0,#11;晶振為11.0592MHz,取11
MOVR1,#01H;R1=01H,塊擦除
MOVDPTR,#8000H;擦除BLOCK3
LCALLPGM_MTP;調(diào)用，無返回參數(shù)
RET
擦除BL0CK4
EPSBLOCK4:;BLOCK4擦除
MOVAUXR1,#20;AUXR1的位ENBOOT=1,尋址到固件
MOVR0,#11;晶振為11.0592MHz,取11
MOVR1,#01H;RI=01H,塊擦除
MOVDPTR,#0C000H;擦除BLOCK4
LCALLPGM_MTP;調(diào)用，無返回參數(shù)
RET
字節(jié)編程
WRDATA:
MOVAUXR1,#20H;AUXR1的位ENBOOT=1,尋址到固件
MOVR0,#11;晶振為11.0592MHz,取11
MOVR1,#02H;R1=02H,字節(jié)編程功能
MOVDPH,ADDR_H;高8位地址
MOVDPL,ADDR_L;低8位地址
MOVA,DATA_TEMP;被編程數(shù)據(jù)
LCALLPGM_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:
MOVAUXR1,#20H;AUXR1的位ENBOOT=1,尋址到固件
MOVR0,#11;晶振為11.0592MHz,取11
MOVR1,#03H;R1=03H,讀閃存字節(jié)內(nèi)容
MOVDPL,ADDR_L;低8位地址
MOVDPH,ADDR_H;高8位地址
LCALLPGM_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個子程序結(jié)合實際情況靈活運用，便可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效存儲，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。
4.2IAP功能應(yīng)用于儀器升級
利用P89C51RD2固有的ISP功能，在所設(shè)計的儀器中增加1個撥碼開關(guān)，便可以實現(xiàn)智能儀器的軟件升級。對操作人員的要不高，原理簡單易行。具體方法請見參考文獻(xiàn)4.
文獻(xiàn)4所討論的ISP功能與遠(yuǎn)程升級，實質(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BootROM空間的0FC00H處。整個過程由ISP程序模塊來控制，而用戶程序由于是被升級程序，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，則可以使儀器升級變得更加簡單。
前面已經(jīng)指出，ISP和IAP是一脈相承的，ISP功能的實現(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)計自己的ISP程序，這樣，就可以不必在閃存空間和BootROM空間之間跳來跳去。
由于用戶程序一般不會超過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，如果上位機誤傳來擦除BLOCK4的指令，將被認(rèn)為是錯誤指令而
不予執(zhí)行，這樣就可以保證該部分程序不會被擦除。
整個ISP功能程序的編制可以參照參考文獻(xiàn)3分析的BootROM中ISP功能的有關(guān)程序。不過，可以將波特率自動跟蹤去掉，使用固定波特率，并且將整個協(xié)議進(jìn)行簡化，將所有功能規(guī)劃為擦除、編程、讀出、校驗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BootROM中的有關(guān)程序就可以作為用戶編程的參考。
規(guī)定ISP功能的啟動命令為“[ISPSTART]”.當(dāng)下位機收到上位機傳輸?shù)脑摋l指令時，便跳轉(zhuǎn)到用戶自編的ISP程序中，此時上下位機通過用戶的協(xié)議就可完成用戶空間程序的擦除、查空、編程、校驗等功能，直到上位機傳來“[ISPEND]”指令為止。這就表示所有的程序已經(jīng)傳輸完畢并校驗成功。此時跳出ISP,使指針指向0000H單元，則系統(tǒng)根據(jù)升級正常運行。有關(guān)流程如圖2所示。
自編ISP程序具有以下特點：
*自編ISP程序與上位機的協(xié)議參考Philips公司的有關(guān)協(xié)議并予以簡化，啟動和結(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)位時開始執(zhí)行，升級完成后，可以將程序指針轉(zhuǎn)向新程序，不必重新啟動系統(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，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整片進(jìn)行升級。但考慮到P89C51RD2具有64KB的FlashROM,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可行的。
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