一文詳解ATMEGA128熔絲位配置

AVR系列單片機(jī)在仿真調(diào)試之前，首先必須對(duì)AVR的熔絲位和鎖定位進(jìn)行配置。如果配置不當(dāng)，則可能造成單片機(jī)不能正常工作，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致單片機(jī)死鎖。因此，對(duì)單片機(jī)熔絲位和鎖定位的正確配置顯得尤為重要。

熔絲位是對(duì)單片機(jī)具體功能和工作模式的限定，其正確配置與否直接影響到單片機(jī)能否正常工作;鎖定位是對(duì)單片機(jī)的程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，以防止單片機(jī)中的程序和數(shù)據(jù)被讀出或?qū)懭?。在進(jìn)行配置時(shí)，一般先配置熔絲位，再配置鎖定位。鎖定位又分為引導(dǎo)程序區(qū)鎖定位和程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器鎖定位兩類。對(duì)引導(dǎo)程序區(qū)鎖定位進(jìn)行編程可以實(shí)現(xiàn)兩套保護(hù)模式，即應(yīng)用區(qū)保護(hù)模式和Boot Loader區(qū)保護(hù)模式;不同的編程配置可以實(shí)現(xiàn)不同的加密級(jí)別。對(duì)程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器鎖定位進(jìn)行編程可以禁止對(duì)并行和SPI/JTAG串行編程模式中 Flash和EEPROM進(jìn)一步編程，從而對(duì)程序和存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。

由于引導(dǎo)程序鎖定位和程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器鎖定位的配置具有可逆性，因此可根據(jù)不同的需要多次編程，靈活改變。但是，在配置熔絲位時(shí)應(yīng)特別注意，部分熔絲位（如OCDEN、JTAGEN和SPIEN等）的配置是不可逆的。在采用單一編程下載情況下（例如只采用JTAG下載或者只采用AVRISP并行下載），一旦配置后將不可改變。鑒于熔絲位配置的重要性，本文以AVR系列的ATmega128單片機(jī)為例，詳細(xì)介紹熔絲位的配置以及在配置過(guò)程中常出現(xiàn)的一些問(wèn)題，并給出相應(yīng)的解決辦法，成功地解決了因熔絲位配置不當(dāng)而引起的單片機(jī)不能正常工作和死鎖等一系列問(wèn)題。

1 熔絲位的配置

ATmega128的熔絲位共有3個(gè)字節(jié)： 熔絲位擴(kuò)展字節(jié)、熔絲位高字節(jié)和熔絲位低字節(jié)。表1、表2和表3分別描述了所有熔絲位的功能、默認(rèn)值以及它們是如何映射到熔絲位字節(jié)的。如果熔絲位被編程，則返回值為0。表中0代表編程，1代表未編程。

表1 熔絲位擴(kuò)展字節(jié)

表2 熔絲位高字節(jié)

表3 熔絲位低字節(jié)

2 熔絲位配置常見(jiàn)問(wèn)題

（1） ATmega128部分引腳功能不可用

這是一個(gè)典型的ATmega103兼容模式熔絲位沒(méi)有正確配置的問(wèn)題。ATmega128與ATmega103的引腳百分百兼容，而且通過(guò)編程熔絲位M103C，使ATmega128和ATmega103從RAM、I/O引腳和中斷向量角度完全兼容，在使用上完全取代ATmega103。但在兼容模式下ATmega128的一些新特點(diǎn)無(wú)法使用：① 只剩下一個(gè)USART，而且只支持異步模式，波特率只有低8位可用;② 只有1個(gè)16位定時(shí)器和2個(gè)比較器，而不是2個(gè)16位定時(shí)器和3個(gè)比較器;③ 不支持兩線接口;④ 端口C只能輸出;⑤ 端口G可能用作第二功能，而不能作為通用I/O端口;⑥ 端口F只能作為輸入，而不能作為ADC的模擬輸入引腳;⑦ 不支持引導(dǎo)程序功能;⑧ 不能調(diào)節(jié)片內(nèi)RC振蕩器的頻率。這些新

特點(diǎn)無(wú)法使用，直接導(dǎo)致ATmega128部分引腳功能不可用。

（2） ATmega128啟動(dòng)后停止在Boot Loader區(qū)

這是一個(gè)復(fù)位向量熔絲位和Boot區(qū)大小選擇熔絲位沒(méi)有正確配置的問(wèn)題。ATmega128具有128 KB的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash。它由兩個(gè)區(qū)構(gòu)成，即應(yīng)用區(qū)和Boot Loader區(qū);兩個(gè)區(qū)的大小可通過(guò)BOOTSZ熔絲位配置。在默認(rèn)配置下，應(yīng)用區(qū)區(qū)間為0000H～EFFFH;Boot Loader區(qū)區(qū)間為F000H～FFFFH。

（3） USART不能或不能正確收發(fā)數(shù)據(jù)

這是一個(gè)較難解決的問(wèn)題，可分兩步來(lái)排除錯(cuò)誤。首先檢查USART的工作模式、數(shù)據(jù)幀和波特率等設(shè)置是否正確;然后根據(jù)表4中波特率的計(jì)算公式計(jì)算 BAUD值和UBRR值。如果計(jì)算出的BAUD值與設(shè)置的波特率值相差很遠(yuǎn)，則說(shuō)明晶振沒(méi)有正常工作或晶振頻率選擇得不對(duì)，這時(shí)應(yīng)對(duì)晶振的熔絲位進(jìn)行正確配置。在默認(rèn)狀態(tài)下，ATmega128工作于內(nèi)部提供的晶振1 MHz下。若要使ATmega128工作于外部晶振下，應(yīng)對(duì)相應(yīng)的熔絲位進(jìn)行配置。

表4 波特率計(jì)算公式

（4） ATmega128的PF口不能正常工作

ATmega128的PF口是普通I/O口、數(shù)模轉(zhuǎn)換口和JTAG接口的分時(shí)復(fù)用口。PF口用作JTAG接口后，不能再用作普通I/O口;若想作普通I/O使用，則須對(duì)熔絲位進(jìn)行編程禁止JTAGEN使能端。

（5） JTAG仿真器不能連接到目標(biāo)板

出現(xiàn)這一問(wèn)題主要是由于JTAGEN使能端熔絲位被編程為禁止。如果使用JTAG仿真器進(jìn)行程序編程下載，則此時(shí)JTAGEN使能端的熔絲位不可恢復(fù)。

3 ATmega128死鎖的預(yù)防和解救措施

ATmega128的JTAG接口支持片內(nèi)調(diào)試和程序下載，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)Flash、EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程，其接口電路如圖1所示。雖然JTAG接口使用非常方便，但是存在因熔絲位JTAGEN使能端配置不當(dāng)而造成單片機(jī)死鎖的安全隱患。

圖1 ATmega128的JTAG接口電路

ATmega128死鎖的預(yù)防原理： ATmega128程序的下載方式有JTAG下載和AVRISP下載兩種，通過(guò)這兩種方式都可以進(jìn)行熔絲位的配置。如果只使用JTAG接口，則當(dāng)熔絲位 JTAGEN使能端配置為禁止時(shí)，不能再通過(guò)JTAG接口恢復(fù)。理論上，如果只使用AVRISP接口，則當(dāng)熔絲位SPIEN使能端禁止后也不能再通過(guò) AVRISP接口恢復(fù)。但這種情況一般不會(huì)出現(xiàn)，因?yàn)?a target="_blank">芯片在出廠時(shí)已默認(rèn)為SPI編程使能，且不可再對(duì)其進(jìn)行配置。因此當(dāng)使用JTAG接口時(shí)應(yīng)預(yù)設(shè) AVRISP接口，以便當(dāng)JTAGEN使能端被禁止時(shí)仍可通過(guò)AVRISP接口恢復(fù)，從而達(dá)到預(yù)防單片機(jī)死鎖的目的。

ATmega128死鎖后解救措施： 首先制作一條AVRISP并行下載線，電路如圖2所示。對(duì)于ATmega128和ATmega64，圖中MOSI和MISO分別用引腳 PE0（PDI/RXD）和PE1（PDO/TXD）替代。把并行口連接到計(jì)算機(jī)，10針接口與目標(biāo)板上單片機(jī)預(yù)留的AVRISP接口相連;通過(guò)雙龍公司的SLAVRISP軟件進(jìn)行相應(yīng)的熔絲位配置，就能重新使能JTAGEN使能端，從而達(dá)到單片機(jī)死鎖后解救的目的。

ATmega128死鎖后解救措施： 首先制作一條AVRISP并行下載線，電路如圖2所示。對(duì)于ATmega128和ATmega64，圖中MOSI和MISO分別用引腳 PE0（PDI/RXD）和PE1（PDO/TXD）替代。把并行口連接到計(jì)算機(jī)，10針接口與目標(biāo)板上單片機(jī)預(yù)留的AVRISP接口相連;通過(guò)雙龍公司的SLAVRISP軟件進(jìn)行相應(yīng)的熔絲位配置，就能重新使能JTAGEN使能端，從而達(dá)到單片機(jī)死鎖后解救的目的。

4 結(jié)論

熔絲位的正確配置是學(xué)習(xí)和使用AVR單片機(jī)的第一步。熔絲位配置不當(dāng)，可能出現(xiàn)單片機(jī)不能正常工作和死鎖等一系列問(wèn)題。本文列舉了熔絲位在配置過(guò)程中常出現(xiàn)的一些典型問(wèn)題，并給出了相應(yīng)的解決辦法，尤其詳細(xì)介紹了一種ATmega128死鎖的預(yù)防和解救辦法。這些典型問(wèn)題和解決辦法有助于正確地理解與配置AVR單片機(jī)的熔絲位，對(duì)初學(xué)者起到參考作用。