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利用串口与并口实现51内核单片机的在线编程

 

摘要 详细说明利用并口模拟I2C总线协议,实现Myson MTV230芯片的在线编程(ISP)过程,以及利用PC机的串口通信实现Winbond W78E516B的在线编程(ISP)过程;阐述PC机的串口与并口在单片机开发中的应用。

关键词 并口编程 串口通信 在线编程 ISP MTV230 W78E516B

1  在线编程简介

  51内核的单片机在线编程模式一般分为两大类。一类是使用JTAG协议的在线编程模式。这类模式一般由厂家提供在线编程工具,使用方便。使用这一类模式的单片机价格往往较高,使用的厂商也不多,故不在本文的讨论之列。另一类在线编程模式是使用一条特殊的指令,使单片机进入在线编程模式。在进入在线编程模式后,要自己控制对单片机的擦除写入逻辑。这一类模式又可细分为两种不同的模式:一是进入在线编程模式后,单片机只是提供一个接口,不再运行用户的程序,擦写逻辑全由上位机(PC)提供,如以下要讨论的MTV230就属于这种模式;另一类是进入在线编程模式以后,芯片会运行在某一区域的用户编写的程序,芯片的编程逻辑都由芯片中这段程序控制,上位机(PC)只是作为单片机的一个数据源,向单片机传输要擦写的数据,如以下要讨论的W78E516B。

2  利用并口对MTV230在线编程的实现

2.1  MTV230简介

  MTV230是由Myson公司出品的一块集成OSD功能的基于51内核的芯片。它使用12MHz晶振时可以设置为倍频工作,同时还集成了4路A/D和 4路PWM DAC。其中最具竞争力的便是它使用了Flash OSD字库。与一般的OSD芯片不同,它的字库不是掩膜在芯片中,用户可以自己定制。该款芯片可以满足视频应用中的控制需求,因而被广泛应用于视频类产品中。

2.2  MTV230在线编程模式的进入

  要使MTV230具有在线编程的功能,可以添加一段程序在主应用程序中。该程序用来响应特定的单片机状态,如某一特定引脚的电平变化,或是串口接收到特定的字符以确定是否要进入在线编程模式。在执行以下程序后,MTV230可以进入在线编程模式[1]:

  ①  清看门狗,以防止在编程期间单片机被复位;
  ②  单片机的在线编程模式是在空闲状态(idle)下进行的,所以要关闭所有中断,防止单片机被唤醒;
  ③  由于MTV230在线编程时是作为I2C的从设备,因而要配置单片机的I2C从地址;
  ④  向ISPEN写入0x93,使能在线编程功能;
  ⑤  进入51的空闲模式,在线编程开始。

  具体程序如下:

  WDT=0; //1
  IE=0; //2
  ISPSLV=0x7C; //3
  ISPEN=0x93; //4
  PCON=0x01; //5

  以上程序中1~5与上述说明对应。以上将I2C地址设置为0x7C。值得注意的是,设置I2C从地址时,最低两位无效[1]。执行完以上程序,单片机已经变为一个I2C从设备,将I2C中SCL与芯片的15脚相连,SDA与芯片的16脚相连,就可以用I2C协议,按一定的命令格式对芯片进行在线编程。命令格式详见参考文献[1],在此不再赘述。

2.3  PC机I2C接口的实现

  对MTV230进行在线编程,就要实现I2C通信协议。作为对MTV230进行编程的上位机PC来说,实现I2C有三种方法:

  ①  使用串口与单片机通信,再由单片机模拟I2C协议,成本高,I2C速度视使用的单片机而定;
  ②  对计算机的并口编程,模拟I2C协议,成本低,I2C速度一般;
  ③  使用USB接口实现I2C协议,成本高,I2C速度快市场上可以买到。

  由于MTV230进行编程时,I2C时钟速度最高为140kHz,速度要求不高,同时考虑到成本,决定使用方案②。

2.4  并口I2C硬件的实现

  由于并口的每个引脚都是单向的,只能单向输出或者单向输入;而I2C又是一个双向协议,SDA与SCL都要求既能输入又能输出(有时要获取SCL当前状态),所以,SDA与SCL要分别各由一个输出引脚与一个输入引脚构成。为了增加并口的驱动能力与可靠性,设计电路如图1所示。其中并口的2、12引脚构成SDA脚,并口的3、10引脚构成SCL脚。

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图1  并口I2C电路

2.5  并口I2C软件的实现

  在Win98中对并口的编程非常简单,通过在VC中内嵌汇编,使用IN与OUT指令访问与并口相对应的端口,设置相对应端口的值中的位就可以控制相应并口引脚的高低电平值。

  例如:要将计算机并口1的第2引脚先置高再置低,汇编语言可以这样写:

  MOV DX , 0x378 ;设置端口地址
  MOV AL , 1 ;将待写入的位0的值写入AL中
  OUT DX , AL ;将值送到相应端口
  MOV AL , 0
  OUT DX , AL

  但在Win2000/XP中,由于系统加强了对硬件设备的保护,假如在程序中直接用IN与OUT指令访问并口,则会引发系统的非法操作;而并口访问又不像串口,直接可以使用Windows API函数,因而就必须使用驱动程序。可以到www.sstnet.com网站上去下载DriverLINX Port I/O Driver并口驱动程序。该程序可以免费复制与分发。有了这个驱动程序,在Win2000/XP下编写并口程序就十分方便。安装该驱动程序后,在程序中包含相应的dlportio.h与dlportio.lib后就可以用DlPortReadPortUchar(IN ULONG Port)来读取端口的值(相当于汇编中的IN指令),用DlPortWritePortUchar(IN ULONG Port,IN UCHAR Value)来向一个端口写一个特定的值(相当于汇编中的OUT指令)。利用改变端口值中的一个位的值,可以使相应并口引脚输出高低电平,从而可以用其来模拟I2C协议,实现并口与单片机间的I2C通信。关于I2C协议,网上有很多资料,在此不再赘述。

2.6  程序说明

  如前文所述,MTV230在进入在线编程模式后,就相当于一个I2C从设备,编程逻辑全都由在PC上运行的程序来实现。该程序采用VC6.0编写。编程程序的主界面如图2所示,主要模块如表1所列。由于用并口模拟I2C对单片机编程,会使该线程暂时处在阻塞状态,假如在主线程(UI)中实现该过程,则在对芯片编程时,程序的主界面就无法响应用户退出命令,所以采用了多线程程序结构,在一个工作线程实现该过程,使用户可以随时退出编程过程。

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图2  编程程序主界面

  表1所列的头三个类采用了层次设计结构:上层类调用下层类,下层类为上层类提供接口,这样设计保证了代码的最大可重用性。举例来说,假如有另一芯片同样是使用I2C接口进行在线编程,则只要重写MTVISP这个芯片的在线编程协议类就可以了;如果使用前面所述的并口实现方案1或3,只要重写最底层的 Parallel类便可。

表1  程序主要模块
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  程序工作线程的大致流程如图3所示。

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图3  工作线程的流程

  程序的特色:

  ①  可以自己设置I2C速度的高低,模拟I2C的并口地址,以及使用并口的引脚。
  ②  可以选择简单校验和完全校验,即对编程后的芯片是进行内部校验寄存器值的简单校验,还是将芯片中的内容全部读出与编程文件进行比较的完全校验。
  ③  可以对芯片内的程序区、OSD区进行编程,还可以读出这两区的数据(只有对可以设定进入在线编 程模式的程序才可以)。
  ④  进行烧写的文件支持二进制文件格式(*.bin)与Intel的Hex文件格式(*.hex)。

3  利用串口对W78E516B在线编程的实现

3.1  W78E516B简介

  W78E516B是由Winbound公司出品的基于52内核的高性能芯片,外部晶振可以达到40MHz,内部具有64KB的程序区与4KB的引导程序区,以及256B的RAM区和256B的AUX-RAM区。AUX-RAM区相当于外部存储区,进行寄存器设置后,用MOVX指令进行访问。在Keil编译器中,进行相应的设置便可使用pdata类型变量访问。

3.2  W78E516B在线编程模式的进入

   W78E516B在线编程模式的进入可以分为两种模式:一种为软件模式,另一种为硬件模式。当芯片进入在线编程模式后,芯片会从现在的64KB程序区跳转到4KB的引导区的0x00地址处去执行程序。如前文所述,该类型芯片的在线编程逻辑都是由在这4KB引导区中的程序决定的,而上位机(PC)只是为在线编程提供一个数据源。

  (1)  软件进入模式

  ①  向CHPERN寄存器依此写入0x87,0x59开启CHPCON寄存器的写模式。
  ②  关闭中断。
  ③  向CHPCON写入0x03表示进行程序区编程。
  ④  向CHPCRN写入0x00关闭CHPCON寄存器写模式。
  ⑤  设置好定时器为延时12μs引发中断。
  ⑥  将单片机转入空闲模式,开启中断。

  例如:将以下程序嵌入主循环中,当串口收到字符“A”时便进入在线编程模式:

  if(B_Temp==‘A’{//B_Temp中存放从串口接收到的数
    TR0=0; //停止定时器
    TH0=TL0=256-250; //设置定时器定时值
    CHPENR = 0x87; //开启CHPCON写模式
    CHPENR = 0x59;
    CHPCON|=0x03; //开启编程功能
    CHPENR=0x00; //关闭CHPCON写模式
    TR0=1; //开启定时器
    PCON=0x01; //转入空闲模式
  }

  (2)  硬件进入模式

  如表2所列,将相应引脚设置为相应电平,在进行复位以后也可进入在线编程模式。值的注意的是,在芯片正常工作时应避免误入在线编程模式,否则后果不堪设想。表2中L代表低电平,X代表任意电平。

表2  进入在线编程的硬件设置
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3.3  W78E516B在线编程的实现

(1)  单片机引导区程序

  W78E516B在线编程逻辑主要在这部分程序中实现。在参考文献[2]中的最后有一个示例程序,它是从外部的SRAM中读取数据对64KB程序区进行编程。将其改写一下,变为从串口读入数据。对程序区进行更新,大致流程与示例程序相同,代码也大致相同。有兴趣的朋友可以自行阅读文献[2]中的程序源文件,在此只列出关键的更改处:

  ;使用24MHz晶振
  ;使用WAVE编译程序
  ;其中R3存有待写入数据字节数-1的高16位
  ;其中R4存有待写入数据字节数-1的低16位
    JMP PROG_D_64K
  PADJUEST:
    INC R2 ;将低位地址增加1
    CJNE R2,#00H,PROG_D_64K
    INC R1 ;低位进位时将高位增加1
    MOV SFRAH,R1 ;改变高位地址
  PROG_D_64K:
    MOV SFRAL,R2 ;将低位地址放入
    JNB RI,$ ;从串口接收一个待写入的字节
    MOV A,SBUF
    CLR RI
    MOV SFRFD,A ;将待写入的值放入
    MOV TCON,#10H ;开启定时器
    MOV PCON,#01H ;CPU进入IDLE状态(进行编程)
    CLR C ; 比较R3、R4,看是否写入完成
    MOV A,R4
    SUBB A,R2
    JNZ PADJUEST
    CLR C
    MOV A,R3
    SUBB A,R1
    JNZ PADJUEST

(2)  PC机程序

  PC机程序为单片机提供一个数据源。该数据是通过PC机的串口进行数据传输的。程序由VC6.0编写,串口通信使用的是VC自带的串口控件 MSCOMM。由于MSCOMM的接收数据是以消息形式,同时在该程序中接收的数据量很小,而发送数据为阻塞模式,所以新开一个工作线程用于发送数据,而接收数据与主线程合并。程序整体采用状态机模式。单片机进行擦除、编程、校验等各个状态时,都通过串口向PC机发送状态字,PC机通过接收状态字来决定单片机现在的工作状态,并决定要向单片机提供的数据。同时主线程中有一定时器,假如在特定时间内单片机无应答,或应答有误,则报错,停止单片机的编程过程。值得注意的是,由于使用了MSCOMM控件,在未装VC6.0的机器上运行该程序要将源文件SYSTEM目录中的三个文件拷贝到system32系统目录下。程序主界面如图4所示。PC机与单片机通信的工作流程如图5所示。

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图4  程序主界面

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图5  PC机与单片机通信的工作流程

  程序特色:

  ①  可以设定使用的串口与通信的波特率。(与其相应的4KB引导区中的程序也要相应修改)。
  ②  可以设定使单片机进入在线编程模式的字符命令。
  ③  进行烧写的文件支持二进制文件格式(*.bin)与Intel的Hex文件格式(*.hex)。

4  结论

  使用并口模拟I2C程序可以方便地对板上的MTV230芯片进行在线编程,使用串口为W78E516B提供数据源也可方便地对其进行编程,两者均经过实践检验,程序完全达到预期目的。使用芯片的在线编程技术,方便了芯片程序的更新,降低了产品的维护成本。

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系统分类: 汽车电子   |    用户分类:    |    来源: 无分类

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