MC68HC908LJ12單片機(jī)FLASH在線編程

引言
MC68HC908LJ12是Motorola即將推出的一款八位單片機(jī)，主要特點(diǎn)是片內(nèi)有LCD驅(qū)動(dòng)模塊和FLASH存儲(chǔ)器，擬代替今后會(huì)逐漸停產(chǎn)的MC68HC05L1、L5、L16等型號(hào)的單片機(jī)。MC68HC908LJ12表面貼封裝的芯片具有SCI、SPI、內(nèi)置實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊RTC、512B RAM以及12KB片內(nèi)FLASH等特點(diǎn)，其內(nèi)置LCD驅(qū)動(dòng)模塊具有3×27或4×26段LCD驅(qū)動(dòng)能力。
MC68HC908LJ12單片機(jī)片內(nèi)集成電荷泵，使用＋5V工作電壓即可產(chǎn)生所需FLASH編程電壓；另外，片內(nèi)FLASH擦寫速度快，可靠性高，可擦寫至少10萬(wàn)次以上，所以在需頻繁修改存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)和代碼的場(chǎng)合，都是理想的選擇。
筆者在試用MC68HC908LJ12開發(fā)產(chǎn)品的過(guò)程中，總結(jié)了FLASH在線編程技術(shù)，并提供了一種廉價(jià)靈活的帶片內(nèi)FLASH的單片機(jī)的開發(fā)辦法。


FLASH在線編程模式
所謂FLASH在線編程，即芯片無(wú)需從目標(biāo)系統(tǒng)上取下即可對(duì)FLASH進(jìn)行擦除和寫入的操作。MC68HC908LJ12單片機(jī)片內(nèi)有12KB的FLASH，對(duì)FLASH的編程有兩種模式：監(jiān)控模式(Monitor Mode)和用戶模式(User Mode)。
當(dāng)單片機(jī)上電復(fù)位時(shí)，若檢測(cè)到復(fù)位向量($FFFE~$FFFF)為空($FFFF)，或特定引腳加上特定的電平，就可使單片機(jī)在復(fù)位后進(jìn)入監(jiān)控模式。在監(jiān)控模式下，可以利用固化在監(jiān)控ROM中的代碼并通過(guò)主機(jī)下載程序到RAM中完成對(duì)FLASH的一系列的操作。監(jiān)控模式適合對(duì)剛出廠的芯片進(jìn)行編程寫入，或者對(duì)芯片的整體擦除或?qū)懭搿?a href="http://www.wenjunhu.com/tags/仿真器/" target="_blank">仿真器和編程器就是使用的監(jiān)控模式。
在單片機(jī)正常工作的過(guò)程中，程序也可以在用戶模式下對(duì)FLASH進(jìn)行編程操作。此時(shí)FLASH寫入和擦除程序是必須的，但無(wú)需外部硬件條件的支持。所以用戶模式可以在程序運(yùn)行中對(duì)部分的FLASH進(jìn)行修改，適合于目標(biāo)系統(tǒng)的程序和數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)更新和存儲(chǔ)。
基于MC68HC908LJ12單片機(jī)FLASH在線編程以上特性，筆者設(shè)計(jì)了一套集編程功能和開發(fā)功能于一身的MC68HC908LJ12開發(fā)工具，電路原理圖如圖1所示。
通過(guò)跳線的方式，可以選擇編程功能(圖中開關(guān)至A的位置)或開發(fā)功能(圖中開關(guān)于B的位置)。當(dāng)選擇編程功能時(shí)，單片機(jī)工作在監(jiān)控模式下，主機(jī)通過(guò)串行通信口可以向片內(nèi)FLASH執(zhí)行擦寫操作；當(dāng)選擇開發(fā)功能時(shí)，單片機(jī)工作在用戶模式下，并可以通過(guò)引出的插座連接到目標(biāo)系統(tǒng)上進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)。筆者在使用MC68HC908LJ12單片機(jī)的過(guò)程中，為該單片機(jī)編寫了一套大約3.5KB的在線編程開發(fā)系統(tǒng)程序。將此程序?qū)懭胄酒?a target="_blank">開發(fā)者在此程序的基礎(chǔ)上，能在用戶模式下實(shí)現(xiàn)對(duì)片內(nèi)另外8.5KB的FLASH擦寫，調(diào)試用戶自己的程序。用戶程序定型后，可以選擇編程功能擦除在線編程開發(fā)系統(tǒng)程序，并將所需的用戶程序?qū)懭隖LASH中。如果使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)程序有錯(cuò)誤之處，仍可選擇編程功能，將修改后的程序重新寫回FLASH中。這樣會(huì)給開發(fā)帶來(lái)許多方便。
用戶也可將此工具設(shè)計(jì)為分離形式的，即編程功能和開發(fā)功能分別在一塊PCB板上。圖中虛線框內(nèi)即為編程器的電路原理圖，LJ12芯片安置在開發(fā)板上。編程器和開發(fā)板之間只需6條連線，即DSC1、IRQ、RST、PTA0、電源線VDD和GND地線。將編程器與開發(fā)板連接即可在監(jiān)控模式下對(duì)FLASH進(jìn)行擦寫操作，單獨(dú)使用開發(fā)板即可開發(fā)目標(biāo)系統(tǒng)。

FLASH監(jiān)控編程模式
在監(jiān)控模式下， MC68HC908LJ12單片機(jī)運(yùn)行固化在ROM中的代碼，監(jiān)控代碼包括使用半雙工口的通訊子程。監(jiān)控模式使用PTA0引腳，通過(guò)串行通信口與主機(jī)建立連接。建立連接后，單片機(jī)的控制權(quán)即交給了主機(jī)完成對(duì)FLASH的擦寫操作。MC68HC908LJ12單片機(jī)在監(jiān)控模式下的總線頻率是2.4576MHz，進(jìn)入監(jiān)控模式有兩種方式：高電平進(jìn)入方式和空向量進(jìn)入方式。
當(dāng)單片機(jī)上電復(fù)位時(shí)，若在IRQ引腳上加上高電平VTST(VDD+2.5V)，就可使單片機(jī)進(jìn)入監(jiān)控模式。使用此方式進(jìn)入監(jiān)控，在OSC1引腳輸入的時(shí)鐘頻率必須是4.9152MHz或者9.8304MHz，PTC1引腳上的高低電平控制分頻因子，低電平時(shí)分頻因子為2，高電平時(shí)分頻因子為4。
單片機(jī)上電復(fù)位時(shí)，若檢測(cè)到復(fù)位向量($FFFE~$FFFF)為空($FFFF)，單片機(jī)也將在復(fù)位后進(jìn)入監(jiān)控模式。使用此方式進(jìn)入監(jiān)控，若IRQ引腳為低電平，PLL允許，可由外部32768Hz的晶振產(chǎn)生所需要的總線頻率2.4576MHz。若IRQ引腳為高電平，單片機(jī)將不管PTC1引腳上的電平而直接使用9.8304MHz的外部晶振產(chǎn)生總線頻率2.4576MHz，即分頻因子恒為4。

FLASH用戶編程模式
在用戶模式下，ICP程序代碼是用戶程序代碼的一個(gè)部分，需將此代碼存儲(chǔ)在無(wú)沖突的FLASH存儲(chǔ)器中以便被用戶程序調(diào)用。對(duì)FLASH進(jìn)行擦寫的時(shí)候，F(xiàn)LASH編程操作例程應(yīng)復(fù)制到RAM中運(yùn)行。MC68HC908LJ12單片機(jī)在對(duì)FLASH進(jìn)行擦寫的過(guò)程中，一旦FLASH控制寄存器(FLCR)的高壓允許位HVEN置1，整個(gè)FLASH陣列會(huì)被加上一個(gè)高于普通工作電壓的編程電壓，此時(shí)對(duì)FLASH內(nèi)任意字節(jié)的讀取都是不穩(wěn)定的，執(zhí)行的代碼也可能是完全錯(cuò)誤的。所以，開發(fā)者在調(diào)用FLASH擦寫子例程前，需將子例程復(fù)制到RAM中，然后跳轉(zhuǎn)到RAM中執(zhí)行。
在用戶模式下另一種在線編程的方法是利用固化在監(jiān)控ROM中監(jiān)控代碼，這樣，既可以減少有限的RAM空間的使用，也可以免去用戶編寫ICP代碼的麻煩。Motorola提供了監(jiān)控代碼的入口地址，用戶只需提供總線頻率、目標(biāo)FLASH的起始地址、數(shù)據(jù)隊(duì)列大小以及數(shù)據(jù)隊(duì)列等參數(shù)，然后調(diào)用“JSR 入口地址”命令即可使用。

結(jié)語(yǔ)
FLASH給開發(fā)者提供了快速的方便的編程和開發(fā)方法，同時(shí)也給單片機(jī)的應(yīng)用開拓了更大的空間。合理地利用片內(nèi)集成FLASH的單片機(jī)可以降低開發(fā)成本，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。本文就MC68HC908LJ12單片機(jī)的FLASH的編程技術(shù)展開了一些探討，F(xiàn)LASH的編程的其他功能有待于大家去挖掘。