W78E516及其在系統(tǒng)編程的實現

摘要： 近年來，在系統(tǒng)編程(ISP)技術的不斷發(fā)展和成熟，使得硬件設計逐步軟件化，硬件結構的通用性日益增強，系統(tǒng)設計、生產、維護、升級等環(huán)節(jié)都發(fā)生著深刻的變革。本文以WINBOND公司的W78E516為例介紹ISP器件的結構及其在系統(tǒng)編程原理。

關鍵字： W78E516在系統(tǒng)編程微控制器

使用傳統(tǒng)方法對CPU重新編程存在諸多不便，在系統(tǒng)編程技術(以下簡稱ISP技術)的出現是對傳統(tǒng)編程方法的突破。ISP(In System Programming)技術是指，在用戶設計的目標系統(tǒng)中或印刷電路板上，為重新配置邏輯或實現新的功能，而對器件進行編程或反復編程的能力。ISP技術的出現和發(fā)展開創(chuàng)了數字電子系統(tǒng)設計技術新的一頁。ISP技術無需編程器和較高的編程電壓，打破了先編程后裝配的慣例，形成產品后還可以在系統(tǒng)內反復編程，使具有MTP-ROM可多次編程或反復編程的微控制器的優(yōu)越性得以更充分的發(fā)揮。尤其是在互聯網時代，依據系統(tǒng)環(huán)境和需要，經調制解調裝置(MODEM)、串行口或專用的編程接口就能夠通過軟件控制，實現系統(tǒng)遠程升級和調試，提高產品的適應性，延長產品生存周期，經濟效益顯著。真正的可編程系統(tǒng)的時代即將到來。

一、 W78E516的結構

W78E516是一種8位微控制器，內部含有在系統(tǒng)可編程的MTP-ROM，用于系統(tǒng)更新。W78E516與標準的8052完全兼容。

1. 特征

(1) 全靜態(tài)設計，最高工作頻率為40MHz。

(2) 64KB APROM存儲應用程序和4KB LDROM存儲控制ISP操作的程序。2塊存儲器均為MTP-ROM。

(3) 512字節(jié)的片內RAM(包括256字節(jié)AUX-RAM，可由軟件選擇)內部數據RAM有512字節(jié)。它分成2個存儲單元：256字節(jié)高速暫存和256字節(jié)輔存。這些地址有不同的確定方式：

① RAM 0H~127H：同8052一樣直接或間接尋址，地址指針是被選中的寄存器單元中的R0和R1。

② RAM 128H~255H：同8052一樣只能間接尋址，地址指針是被選中的寄存器單元中的R0和R1。

③ AUX-RAM 0H~255H：采用外部數據存儲器的方式間接尋址，用MOVX指令，地址指針是選中寄存器單元的R0和R1以及DPTR寄存器。在CHCON寄存器中的第4位置位后，AUX-RAM有效，訪問AUX-RAM使用“MOVX@Ri”指令。當執(zhí)行內部程序存儲器的指令時，訪問AUX-RAM不會影響 P0，P2，WR和RD。AUX-RAM在復位后失效。

(4) 程序存儲器和數據存儲器可尋址空間范圍為64KB。

(5) 4個8位雙向口：P0~P3，1個4位雙向多用途編程口P4。

(6) 3個16位的定時器/計數器：T0，T1，T2。T0和T1功能與8051相同。T2是一個16位定時器/計數器，它由T2CON配置和控制。T2能作為外部時鐘計數器，也能作為內部定時器，這取決于T2CON的C/T2位的配置情況。T2有3種操作方式：清零、自動重寫、波特率發(fā)生器。在清零和自動重寫方式時，時鐘頻率與T0和T1相同。

(7) 具有一個全雙工串行口。

(8) 具有6個中斷源和2級中斷能力。

(9) 內部電源管理：空閑方式和掉電方式，這兩種方式可由軟件選擇。

(10) 具有編程后的編碼保護功能。

2. 與ISP操作相關的特殊功能寄存器

(1) 在系統(tǒng)編程控制寄存器CHPCON(BFH)功能如表1所列。

表 1

BITNAME功能

7軟件復位該位置1且FBOOTSL和FPROGEN都置為1時，微控制器復位，重新開始正常操作。讀該位結果為邏輯1時，可以確認CPU處于F04KBOOT模式

6-保留

5-保留

4ENAUXRAM0：使AUX-RAM無效;

1：使AUX-RAM有效3

30必須置為0

20必須置為0

1EBPPRTSL程序地址選擇。 1：裝載程序位于64KB的APROM。4KB LDROM是重新編程的目標地址。 0：裝載程序位于4KB的存儲器。64KB的APROM是重新編程的目標地址

0FPROGENMTP-ROM編程使能。 1：使編程功能有效。微控制器進入在系統(tǒng)編程狀態(tài)。在這種編程模式下，清除、編程、讀操作在設備進入空閑模式后可以實現。 0：不能對ROM執(zhí)行寫操作

(2) 編程狀態(tài)下MTP-ROM的控制字節(jié)寄存器SFRCN(C7H)功能如表2所列。

表 2

BITNAME功能

7-保留

6WFWIN選擇ISP操作目標存儲器。 0：對LDROM重新編程; 1：對APROM重新編程

5OENMTP-ROM輸出使能

4CENMTP-ROM使能

3,2,1,0CTRL[3:0]ROM控制信號

(3) SFRAH，SFRAL：在系統(tǒng)編程狀態(tài)下的目標地址。SFRAH包含地址的高位字節(jié);SFRAL包含地址的低位字節(jié)。

(4) SFRFD：編程狀態(tài)下MTP-ROM的編程數據。

二、 W78E516的在系統(tǒng)編程方法

1. ISP操作實現過程

微控制器通常執(zhí)行APROM中的程序。如果APROM中的程序需要修改，用戶需要通過設置CHPCON寄存器來激活在系統(tǒng)編程模式。在默認情況下，CHPCON是只讀的，必須依次向寄存器中寫入#87H和#59H，才能使CHPCON的寫特性有效。激活CHPCON的寫特性后，在其0位置位，進入在系統(tǒng)編程模式。ISP操作包括進入/退出在系統(tǒng)編程模式、編程、擦除、讀等，它們是在CPU處于空閑模式時完成的，因此，設置CHPCON寄存器后使 CPU進入空閑模式，并由定時器中斷的發(fā)生來控制執(zhí)行每一種ISP操作的時間。定時器中斷到來時，轉入LDROM中執(zhí)行相關的中斷服務程序。第一次執(zhí)行 RETI指令后， PC指針清零，指向LDROM中的00H。當APROM中的內容被完全更新后，將CHPCON的第0，1，7位設置為邏輯1，通過軟件復位的方式返回 APROM執(zhí)行其中的新程序。在應用程序需要頻繁更新的情況下，這種在系統(tǒng)編程方式使工作簡單而高效。

在默認情況下，上電復位后W78E516從程序中啟動。在某些情況下，可以使W78E516從LDROM中啟動。當APROM中的程序不能正常運行，W78E516無法跳到LDROM中執(zhí)行ISP操作時，CPU進入F04KBOOT模式。在應用系統(tǒng)設計中一定要注意P2，P3，ALE，EA和 PSEN引腳在復位時的值，以避免意外激活編程模式或F04KBOOT模式。復位時進入F04KBOOT MODE時P43，P2.7，P2.6引腳電平及時序如圖1及圖2所示。

P4.3P2.7P2.6MODE

XLLF04KBOOT

LXXF04KBOOT

W78E516處于在系統(tǒng)編程模式時，MTP-ROM可以被反復編程和檢驗。向 MTP-ROM中完整、正確地寫入新代碼后，新代碼即被保護起來。W78E516有專用設置寄存器組(special setting re-gisters)，其中包括安全性寄存器(security register)和公司/器件識別寄存器(company/device ID registers)，處于編程模式時不能訪問這些寄存器。安全性寄存器在LDROM空間的地址是0FFFFH，當它的各個位被從1編程為0后就不能再被改變，將它們重新置位的惟一方式是執(zhí)行全部擦除操作，這樣就能保證其安全性。