基于8051的微控制器在系統(tǒng)編程

摘要：在系統(tǒng)編程是一種有價(jià)值的功能，在無(wú)需拆解嵌入式系統(tǒng)替換存儲(chǔ)器的情況下，就可以對(duì)系統(tǒng)固件進(jìn)行升級(jí)。Maxim大多數(shù)基于8051的微控制器都能夠通過(guò)廉價(jià)的RS-232串口和一些邏輯門(mén)由PC或便攜式電腦進(jìn)行重新編程。啟動(dòng)后，在系統(tǒng)編程特性自動(dòng)對(duì)檢測(cè)到的波特率進(jìn)行匹配，并開(kāi)始執(zhí)行命令驅(qū)動(dòng)的、基于ROM的引導(dǎo)加載程序?；赑C的微控制器工具包軟件可以從Maxim免費(fèi)獲得。

具有在系統(tǒng)編程能力的嵌入式設(shè)計(jì)使得普通產(chǎn)品能在出廠前才進(jìn)行軟件定制。該特性允許在不拆解系統(tǒng)的情況下對(duì)現(xiàn)有應(yīng)用進(jìn)行升級(jí)，從而降低壽命周期成本。安全微控制器如DS5002FP和DS5250能應(yīng)用這個(gè)特性向應(yīng)用中加載用戶(hù)的專(zhuān)有軟件，并能夠自動(dòng)加密保護(hù)，拒絕未授權(quán)的訪問(wèn)。

介紹

Maxim基于8051的微控制器類(lèi)產(chǎn)品中，許多型號(hào)都支持通過(guò)通用RS-232串口實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)編程。在系統(tǒng)編程意味著程序和/或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器能夠在不用拆解嵌入式系統(tǒng)來(lái)替換存儲(chǔ)器的情況下進(jìn)行修改。這種特性強(qiáng)調(diào)易使用性和多功能性，在所有嵌入式設(shè)計(jì)中增加了許多非常重要的特性：

• 允許硬件在工廠組裝和存放，而在出廠前才進(jìn)行軟件定制，
• 需要進(jìn)行軟件升級(jí)時(shí)，消除了在現(xiàn)場(chǎng)拆解器件的高昂代價(jià)，
• 允許對(duì)位置不可達(dá)的應(yīng)用進(jìn)行軟件升級(jí)，
• 訪問(wèn)專(zhuān)用配置與狀態(tài)寄存器，以及
• 使用存儲(chǔ)器加密的方式把軟件加載到安全微控制器。

具有這種特性的器件包括：

安全微控制器：DS2250, DS2250T, DS2251T, DS2252T, DS5000, DS5000T
安全微處理器：DS5000FP, DS5001FP, DS5002FP, DS5002FPM
高速安全微處理器：DS5250
網(wǎng)絡(luò)微處理器：DS80C400
超高速閃存微控制器：DS89C430, DS89C450

通過(guò)將器件的一個(gè)或多個(gè)外部引腳設(shè)置為某特定狀態(tài)來(lái)激活引導(dǎo)加載程序。器件啟動(dòng)后，開(kāi)始執(zhí)行位于器件內(nèi)部專(zhuān)用ROM的加載程序。一旦收到一個(gè)回車(chē)符號(hào)，串口就執(zhí)行自動(dòng)波特率功能并與主機(jī)的波特率同步。主機(jī)(通常為PC)和目標(biāo)板之間的通訊是通過(guò)大多數(shù)PC上常見(jiàn)的通用RS-232接口完成的，而不需要昂貴的專(zhuān)用硬件。引導(dǎo)加載程序使用的協(xié)議簡(jiǎn)單，由一個(gè)或多個(gè)帶有相關(guān)狀態(tài)消息和文件傳送程序的ASCII字符命令組成?？梢允褂肕axim免費(fèi)提供的微控制器工具包通訊軟件或任何串口通訊工具軟件來(lái)完成通訊。

大部分此類(lèi)器件也支持在應(yīng)用編程，允許器件在應(yīng)用軟件的控制下修改程序存儲(chǔ)器。這種方式下，系統(tǒng)能夠在仍然履行其主要功能的情況下完成在線軟件升級(jí)。詳細(xì)情況在相關(guān)器件的數(shù)據(jù)手冊(cè)或用戶(hù)指南中給出。

此文檔是對(duì)相關(guān)器件的數(shù)據(jù)手冊(cè)以及使用指南中所提供信息的補(bǔ)充。閱讀此應(yīng)用筆記時(shí)，請(qǐng)根據(jù)需要參考這些文檔。

物理連接

引導(dǎo)加載程序是通過(guò)將器件的一個(gè)或多個(gè)外部引腳置為如表1所示的特定狀態(tài)來(lái)激活的。此時(shí)終止執(zhí)行應(yīng)用軟件，并且將程序控制權(quán)交給內(nèi)部引導(dǎo)ROM。一定要查閱正確的勘誤表，以確定是否有與激活引導(dǎo)加載程序相關(guān)的任何勘誤信息。

表1. 激活引導(dǎo)加載程序

DEVICE	RST	PSEN	EA	PROG	P1.7	P2.7 AND P2.6
DS2250(T)	1	0	N/A	N/A	N/A	Unconnected or logic 1
DS5000(T)
DS5000FP
DS2251T	N/A	N/A	N/A	0	N/A	Unconnected or logic 1
DS2252T
DS5001FP
DS5002FP/FPM
DS5250
DS80C400	N/A	N/A	N/A	N/A	1	N/A
DS89C430	1	0	0	N/A	N/A	N/A
DS89C450

對(duì)不同的產(chǎn)品系列，調(diào)用引導(dǎo)加載程序的物理連接和方法略有不同，但是都包含相同的基本元件。如果連接到一臺(tái)PC上，需要一個(gè)如圖所示的RS-232到CMOS電平轉(zhuǎn)換器，來(lái)連接主機(jī)和目標(biāo)微控制器間的通訊和控制信號(hào)。圖中所示的器件可以替換為任何兼容的RS-232轉(zhuǎn)換器。下列圖中使用微控制器的DTR信號(hào)作為加載/運(yùn)行模式選擇信號(hào)。

一些設(shè)計(jì)使用了具有三態(tài)輸出的總線緩沖器。當(dāng)DTR有效時(shí)(低電平)，它使能打開(kāi)緩沖器，并驅(qū)動(dòng)用來(lái)激活引導(dǎo)加載程序的多個(gè)信號(hào)。這個(gè)總線緩沖器在原理圖中一般標(biāo)成"HC/AC125"，這是因?yàn)榭梢允褂萌魏芜壿嬒盗械南嗨破骷?，?4HC125,54HC125, 74AC125, 74LS125等。這些器件很常見(jiàn)，應(yīng)該能夠從任何一家通用邏輯器件供應(yīng)商買(mǎi)到，如Motorola, Fairchild Semiconductor, Toshiba, ST Microelectronics和許多其它供應(yīng)商等。

其它器件用單個(gè)信號(hào)激活引導(dǎo)加載程序，因此不需要這個(gè)緩沖器。這種情況下，DTR信號(hào)可以直接連接到目標(biāo)微控制器的激活引腳。


圖1. 物理連接, 基于DS89C430/DS89C450的設(shè)計(jì)方案


圖2. 物理連接, 基于DS5250和DS5001/DS5002FP的設(shè)計(jì)方案


圖3. 物理連接, 基于DS5000的設(shè)計(jì)方案

引導(dǎo)加載程序使用連接到XTAL1/XTAL2引腳上的時(shí)鐘源作為它的時(shí)間基準(zhǔn)。如果使用晶振，它必須滿(mǎn)足器件數(shù)據(jù)手冊(cè)中列出的推薦指標(biāo)(基頻模式下的諧振，并行AT型切片，負(fù)載電容量等)。由于引導(dǎo)加載程序進(jìn)行自動(dòng)波特率測(cè)量依賴(lài)于內(nèi)部定時(shí)器，因此對(duì)與引導(dǎo)加載程序兼容的頻率范圍有一些限制。對(duì)于您用到的具體器件，其與引導(dǎo)加載程序兼容的時(shí)鐘頻率范圍請(qǐng)參考相關(guān)用戶(hù)指南。

軟件

引導(dǎo)加載程序激活后，微控制器將會(huì)查詢(xún)串行端口，尋找一個(gè)8數(shù)據(jù)位，無(wú)奇偶校驗(yàn)，一個(gè)停止位(8-N-1)格式的回車(chē)(0Dh)字符。引導(dǎo)加載程序軟件測(cè)量這個(gè)字符中高低電平的時(shí)間長(zhǎng)度來(lái)確定主機(jī)系統(tǒng)的波特率。這種自動(dòng)波特率特性允許引導(dǎo)加載程序和許多主機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通訊，而不用限制固定的波特率。

一旦調(diào)用了引導(dǎo)加載程序并計(jì)算好波特率，器件將會(huì)發(fā)送一個(gè)提示信息來(lái)識(shí)別器件。然后器件將會(huì)顯示一個(gè)提示符并且等待命令。同樣，不同的產(chǎn)品系列其命令集不盡相同，但它們通常是單ASCII字符并且總是包括加載，校驗(yàn)和擦除存儲(chǔ)器命令等。欲知命令列表請(qǐng)查詢(xún)具體器件的用戶(hù)指南。

簡(jiǎn)單的引導(dǎo)加載程序接口允許使用幾種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與目標(biāo)微控制器間的通訊。最簡(jiǎn)單的方法是使用Maxim的微控制器工具包(MTK)軟件。MTK是一種能用來(lái)與大部分Maxim微控制器的ROM/引導(dǎo)加載程序進(jìn)行通訊的PC應(yīng)用程序。它具有高度前端特征，簡(jiǎn)化了目標(biāo)配置，上傳、下載代碼以及特殊功能配置等任務(wù)操作。

主窗口允許用戶(hù)直接向目標(biāo)微控制器輸入命令。目標(biāo)加載程序支持的許多命令都可以由MTK的主窗口直接輸入。對(duì)于需要特殊通訊協(xié)議的文件相關(guān)命令，也提供了特殊支持。


圖4. 微控制器工具包

如果是基于DS5000FP, DS5001FP, DS5002FP或DS80C400等目標(biāo)微控制器，也可以使用簡(jiǎn)單的終端仿真器，如Procomm Plus或超級(jí)終端來(lái)進(jìn)行通訊。Maxim其它基于8051的微控制器使用一種交互式加載協(xié)議，這種協(xié)議需要協(xié)議識(shí)別類(lèi)應(yīng)用。

調(diào)試通訊問(wèn)題

以下是通過(guò)引導(dǎo)加載程序和微控制器通訊時(shí)所遇到的常見(jiàn)問(wèn)題列表。

錯(cuò)誤時(shí)鐘頻率

如果器件工作在錯(cuò)誤的時(shí)鐘頻率下，引導(dǎo)加載程序可能不會(huì)完成自動(dòng)波特率功能。核對(duì)用戶(hù)指南選擇所支持的頻率。如果懷疑問(wèn)題是由時(shí)鐘頻率引起的，強(qiáng)烈推薦使用11.0592MHz的晶振調(diào)試任何引導(dǎo)加載程序問(wèn)題。這是一個(gè)非常標(biāo)準(zhǔn)的微控制器工作頻率，能夠生成大部分標(biāo)準(zhǔn)波特率。

其它應(yīng)用干擾COM端口

后臺(tái)應(yīng)用程序可能有意或無(wú)意地干擾所選擇的PC機(jī)COM端口。檢查任務(wù)管理器以查找可能的沖突源。

PC的波特率相對(duì)于所選擇的工作頻率過(guò)快

在較低的工作頻率下(約低于5MHz)器件可能不能和高波特率進(jìn)行自動(dòng)波特率匹配，也可能在處理大文件時(shí)導(dǎo)致緩沖器溢出。降低波特率并重試。

微控制器不工作

很可能觀察到的故障不是和引導(dǎo)加載程序有關(guān)，而是和微控制器自身有關(guān)。以下是排除系統(tǒng)級(jí)故障的簡(jiǎn)短診斷列表。

• 器件的所有電源引腳是否都提供了正確的電壓？ 為了讀數(shù)精確，要確保探測(cè)微控制器的實(shí)際引腳而不是與之相連的電路板上的引線。
• /EA引腳保持低電平時(shí)，地址引腳是否跳變？許多器件在/EA置低時(shí)，會(huì)將器件置于外部訪問(wèn)模式，強(qiáng)迫器件從外部總線上獲取指令。雖然不會(huì)立刻證明器件是否產(chǎn)生正確的地址，但是地址總線的變化表明微控制器正處于工作狀態(tài)。
• 某些器件的ALE引腳在缺省條件下是來(lái)回切換的。是切換的嗎？它和預(yù)期的頻率相匹配嗎？對(duì)于大多數(shù)器件，ALE信號(hào)會(huì)以振蕩器頻率的某個(gè)分頻進(jìn)行振蕩。
• 器件是否有足夠的去耦電容？大部分Maxim的微控制器工作在比傳統(tǒng)對(duì)應(yīng)器件更高的內(nèi)部時(shí)鐘速率上。直接替換設(shè)計(jì)或升級(jí)可能會(huì)要求額外的電容，以實(shí)現(xiàn)性能提高。

微控制器工具包版本過(guò)期

您是否在使用最新版本的微控制器工具包軟件？

下載最新版本的微控制器開(kāi)發(fā)工具編程軟件。

勘誤表?xiàng)l件

您是否已經(jīng)核對(duì)了對(duì)應(yīng)的勘誤表，以查閱任何相關(guān)的勘誤信息？雖然這種情況很少出現(xiàn)，但有可能引導(dǎo)加載程序和某個(gè)器件版本的發(fā)布規(guī)范有偏差。

電纜線過(guò)長(zhǎng)

主控計(jì)算機(jī)和目標(biāo)計(jì)算機(jī)間的電纜過(guò)長(zhǎng)會(huì)降低信號(hào)的質(zhì)量。對(duì)于電纜長(zhǎng)度應(yīng)該是多少?zèng)]有明確的規(guī)定，但是遵守標(biāo)準(zhǔn)的操作原則如使用屏蔽電纜，遠(yuǎn)離電動(dòng)機(jī)和磁性線圈等噪聲源，應(yīng)該是有幫助的。使用中降低波特率能夠減小長(zhǎng)電纜效應(yīng)。