P89LPC932的幾種ISP編程方法

引 言：

LPC900系列Flash單片機(jī)提供從8腳到28腳的封裝形式，可以滿足各種對(duì)成本和電路板空間有限制而又要求高性能、高可靠性的應(yīng)用需要，同時(shí)具有高速率（6倍于傳統(tǒng)MCS51單片機(jī)），低功耗（完全掉電模式下耗電低于1 μA），高穩(wěn)定性，小封裝，多功能（內(nèi)嵌眾多流行的功能模塊）等特點(diǎn)。P89LPC932就是該家族中的重要一員，其集成了8 KB的Flash程序存儲(chǔ)器、512B的靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、512B的E2PROM、I2C總線、SPI總線、增強(qiáng)型UART接口、模擬比較器、看門(mén)狗、4 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)、雙DPTR，并支持ISP/IAP編程等功能。

1 P89LPC932進(jìn)行ISP編程的基本方式

1.1內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的三種編程方式

P89LPC932內(nèi)部集成的8 KB程序存儲(chǔ)器編程的三種方式分別是：在系統(tǒng)編程（ISP）；程序運(yùn)行時(shí)編程（IAP）；通過(guò)并行方式編程。

一般來(lái)說(shuō)，ISP編程是指依靠某種外部工具（除了常規(guī)的并行編程器以外）去直接給處理器內(nèi)部集成的程序存儲(chǔ)器編程。這里所指的外部工具常見(jiàn)的有很多種，不同的處理器供應(yīng)廠商可能提供不同的方案。例如，根據(jù)編程接口的不同，就有JTAG、單線、串口、SPI口等多種方式。盡管編程方式有所不同，但其原理都是類(lèi)似的，就是依靠外部條件觸發(fā)處理器，令其脫離正常執(zhí)行的內(nèi)部常規(guī)用戶應(yīng)用程序代碼的進(jìn)程，轉(zhuǎn)而執(zhí)行保存在其程序存儲(chǔ)空間內(nèi)某個(gè)固定位置處的控制擦除程序存儲(chǔ)器及給程序存儲(chǔ)器編程的代碼（或是處理器外部提供的執(zhí)行代碼），然后通過(guò)某種與PC計(jì)算機(jī)的通信方式，將用戶指定的某個(gè)在PC上編譯完成的嵌入式處理器可運(yùn)行的二進(jìn)制代碼文件編程入嵌入式處理器內(nèi)的程序存儲(chǔ)器。這種編程方式只需要常規(guī)的硬件配置（某些處理器可能需要某些叫做下載線的簡(jiǎn)單硬件電路）支持，而不需要特別的編程器（指并行編程器）支持，所以即使處理器芯片已經(jīng)焊接到了電路板上也可以實(shí)現(xiàn)編程，這也就是ISP的真實(shí)含義。P89LPC932 是利用其自身的異步串行口來(lái)實(shí)現(xiàn)ISP編程的，不需要特別的下載線或下載器，觸發(fā)LPC932進(jìn)入ISP編程模式的方法將在下文詳細(xì)解釋。

IAP編程方式與ISP編程方式類(lèi)似，但它不是由外部條件來(lái)觸發(fā)的，而是在處理器正常執(zhí)行用戶設(shè)計(jì)的應(yīng)用程序代碼時(shí)，直接調(diào)用執(zhí)行擦除及編程功能的固化例程。和ISP編程方式一樣，IAP編程方式也只需要常規(guī)的硬件配置來(lái)支持。P89LPC932的ISP編程實(shí)際上就是通過(guò)調(diào)用芯片的IAP服務(wù)子程序?qū)崿F(xiàn)編程的，其IAP服務(wù)子程序保存在FF00H～FFFFH地址空間中，不占用用戶程序空間。

并行方式編程需要使用一臺(tái)外部專(zhuān)業(yè)編程設(shè)備。換句話說(shuō)，這種編程環(huán)境并不是用戶最終應(yīng)用時(shí)的硬件環(huán)境。用戶在使用這種編程方式時(shí)，通常必須將處理器芯片單獨(dú)放到并行編程器上進(jìn)行編程（如果處理器芯片已經(jīng)焊接到電路板上，則必須先將處理器芯片從電路板上取下來(lái)）。處理器芯片編程完成后才能放回到電路板上，再上電令處理器運(yùn)行，才能看到用戶新寫(xiě)入代碼的運(yùn)行結(jié)果。這是最傳統(tǒng)的編程方式（經(jīng)典的AT89C51就主要使用這種方式編程），但它既繁瑣，又不能滿足現(xiàn)今遠(yuǎn)程升級(jí)的實(shí)際需求，因而已逐漸被方便快捷的ISP、IAP等在線編程方式所取代。

綜合來(lái)說(shuō)，ISP模式是最容易使用的，因?yàn)樗试S處理器在被焊接到用戶目標(biāo)電路板上再進(jìn)行編程，也不需要復(fù)雜的代碼設(shè)計(jì)，該特性允許用戶在生產(chǎn)出硬件產(chǎn)品后再升級(jí)產(chǎn)品軟件。一般來(lái)說(shuō)，增加校準(zhǔn)信息數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)安裝最新的軟件版本是較常見(jiàn)的升級(jí)操作。不僅如此，ISP編程還特別適用于用戶產(chǎn)品研發(fā)階段。顯然，用戶可以非常方便快捷地更改自己的程序代碼并立即看到新代碼的運(yùn)行結(jié)果。 P89LPC932使用串口作為ISP編程模式的主通信接口，使得這一系列處理器較那些依靠JTAG、SPI等通信接口作ISP編程接口的處理器要方便。因?yàn)橐话愕那度胧较到y(tǒng)都會(huì)配置異步串行口，這樣，在系統(tǒng)編程就不需要特殊的ISP編程器，而JTAG、SPI等及其類(lèi)似的編程方式一般都需要專(zhuān)用的接口適配器或下載線來(lái)配合，這些都可能會(huì)增加用戶的投資和成本。

P89LPC932芯片實(shí)現(xiàn)ISP編程是依靠在出廠時(shí)預(yù)置的一段啟動(dòng)代碼，這段代碼存儲(chǔ)在P89LPC932代碼空間內(nèi)7號(hào)扇區(qū)的高端512B地址處（P89LPC932內(nèi)部的8 KB程序存儲(chǔ)器被組織成8個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)有1 KB）。這段代碼提供了設(shè)備底層操作代碼（執(zhí)行如擦除、編程等操作）和串口通信之間的接口。如果用戶需要使用ISP編程模式，則必須注意，千萬(wàn)不要擦除或覆蓋包含ISP預(yù)置代碼的那個(gè)扇區(qū)，也就是7號(hào)扇區(qū)（1C00～1FFFH），因?yàn)镻89LPC932的擦除操作是以扇區(qū)為基本單位的。

如圖1所示，用P89LPC932實(shí)現(xiàn)ISP的硬件連接很簡(jiǎn)單，它只需使用VDD電壓即可執(zhí)行擦除和編程算法，不需要特殊的高編程電壓，所以，芯片外部只需要1片TTL和RS232電平相互轉(zhuǎn)換的芯片（常見(jiàn)的芯片包括Maxim的MAX202、MAX232等，其他公司如TI、Sipex、Linear 都有類(lèi)似功能的芯片產(chǎn)品）即可實(shí)現(xiàn)P89LPC932內(nèi)異步串行口和用戶個(gè)人計(jì)算機(jī)上的RS232串口的連接。在用戶個(gè)人計(jì)算機(jī)上運(yùn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的終端仿真程序就可以實(shí)現(xiàn)ISP編程，不過(guò)還有一種更簡(jiǎn)單的方法，就是運(yùn)行一個(gè)現(xiàn)成的免費(fèi)程序，比如Flashmagic，就可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，這個(gè)程序集成了所有針對(duì)Philips LPC900系列處理器的ISP功能。P89LPC932內(nèi)部的ISP代碼能夠自動(dòng)檢測(cè)其片上異步串行口與用戶個(gè)人計(jì)算機(jī)通信的波特率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在用戶個(gè)人計(jì)算機(jī)控制下的代碼下載及編程。綜上所述，P89LPC932的這種ISP編程模式不需要外部編程器，但是需要一定的外部電路（串口通信電路），需要保留ISP駐留代碼，需要在用戶的應(yīng)用程序代碼中添加ISP引導(dǎo)初始化程序（如中止控制符檢測(cè)初始化），且ISP加密字的第2位（禁止ISP/IAP擦除）不能置位。

圖1P89LPC932 ISP模式硬件連接圖

1.2進(jìn)入ISP模式的方法

觸發(fā)P89LPC932進(jìn)入ISP模式的4種方法分別是：通過(guò)檢測(cè)狀態(tài)位觸發(fā)進(jìn)入ISP模式（全新芯片最初上電時(shí)的默認(rèn)狀態(tài)）；通過(guò)檢測(cè)中止控制符信號(hào)觸發(fā)復(fù)位后進(jìn)入ISP模式（最實(shí)用而且常用的方法）；上電時(shí)在復(fù)位引腳上檢測(cè)到特定脈沖后觸發(fā)進(jìn)入ISP模式（即硬件激活進(jìn)入ISP模式）；直接調(diào)用 ISP代碼實(shí)現(xiàn)進(jìn)入ISP模式。

1.2.1通過(guò)檢測(cè)狀態(tài)位觸發(fā)進(jìn)入ISP模式

P89LPC932復(fù)位時(shí)，是否進(jìn)入 ISP模式會(huì)受一個(gè)狀態(tài)位的控制，這個(gè)狀態(tài)位保存在Flash存儲(chǔ)器里的一個(gè)保留位置，不過(guò)這個(gè)位置并不在P89LPC932可以尋址的程序存儲(chǔ)器空間內(nèi)。在復(fù)位信號(hào)的下降沿，處理器將檢查該狀態(tài)位的值，如果其值為0，處理器將從地址0000H處開(kāi)始取指令執(zhí)行，這里通常存儲(chǔ)著用戶的應(yīng)用程序代碼。如果該狀態(tài)位的值不是0，則處理器將從另一個(gè)確定的地址處開(kāi)始執(zhí)行此處的代碼，這個(gè)地址（16位）的高8位由復(fù)位向量指定，低8位固定為00H。也就是說(shuō)，引導(dǎo)向量的值將作為程序計(jì)數(shù)器（PC）的高字節(jié)，低字節(jié)為00H。如果用戶使用的是一片新芯片，芯片中的狀態(tài)位值在出廠時(shí)就被設(shè)置為1，而啟動(dòng)向量被預(yù)編程為1EH。因此，新芯片在復(fù)位后將直接從1E00H地址處開(kāi)始執(zhí)行代碼。因?yàn)閺?E00H開(kāi)始處的代碼，正好就是Philips公司給芯片預(yù)置的ISP啟動(dòng)代碼。如果用戶希望從0000H地址處開(kāi)始執(zhí)行代碼，則狀態(tài)位的值可以通過(guò)并行編程器去清零。實(shí)際上，通過(guò)ISP代碼的自身功能也可以給狀態(tài)位清零；如果用戶往P89LPC932內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器寫(xiě)入自己的應(yīng)用程序代碼后給狀態(tài)位清零，則下次芯片復(fù)位后處理器將直接執(zhí)行用戶代碼。另外，ISP代碼也有修改啟動(dòng)向量值的功能，用戶可以修改它的值，也就是把芯片復(fù)位后取代碼執(zhí)行的地址修改了（假如LPC932被觸發(fā)進(jìn)入ISP模式的話），而用戶自己編寫(xiě)的啟動(dòng)代碼就放在那里，這種設(shè)計(jì)通常是用來(lái)執(zhí)行某些特殊功能的。不過(guò)，如果用戶修改了啟動(dòng)向量的值，使它不再是1EH，則用戶就再也不能使用LPC932出廠時(shí)預(yù)置的啟動(dòng)代碼了。如果啟動(dòng)向量被修改而指向一個(gè)不包括任何啟動(dòng)代碼的地址，用戶則不得不使用一臺(tái)并行編程器來(lái)給這枚芯片編程，以恢復(fù)它的啟動(dòng)向量值；否則，用戶將無(wú)法再使用這種ISP編程方法。

1.2.2通過(guò)檢測(cè)中止控制符信號(hào)觸發(fā)芯片復(fù)位后進(jìn)入ISP模式

通過(guò)異步串行口檢測(cè)到中止控制符信號(hào)觸發(fā)芯片復(fù)位后進(jìn)入ISP模式是進(jìn)入ISP模式的第二種方式。中止控制符信號(hào)就是指在異步串行口的接收腳上出現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)一幀長(zhǎng)度的低電平，這里一幀的長(zhǎng)度與異步串行口的工作模式有關(guān)。例如，在異步串行口的“模式一”中，一幀相當(dāng)于10個(gè)比特的傳輸時(shí)間。一般地，當(dāng)一個(gè)中止控制符信號(hào)發(fā)出時(shí)，異步串行口的接收腳將會(huì)持續(xù)相當(dāng)于很多幀時(shí)間的低電平。不過(guò)，在第一幀的時(shí)候，中止控制符信號(hào)就會(huì)被檢測(cè)到。注意，如果用一個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)來(lái)拉低異步串行口的接收腳，以創(chuàng)造一個(gè)中止控制符信號(hào)，同時(shí)，處理器被配置為允許串行中斷，則異步串行口的接收中斷標(biāo)志必須在其中斷服務(wù)全程中被處理，否則，處理器將進(jìn)入一種不確定的狀態(tài)。