8031+PSD813实现在线编程

引言

　　“在应用可再编程”（In-Application reProgrammable，简称IAP）通常称为“在线编程”，已经不是陌生的概念了。要实现嵌入式微控制器/处理器系统的IAP功能，就意味着可以用主机（PC机或服务器）通过通信通道把固件（程序代码）下载到应用系统的存储器中去。具有了IAP功能的电子产品有诸多益处：缩短开发进程，抢先占领市场；在装配线上即可编程和测试；现场甚至是远程升级程序代码，降低维护/升级成本。IAP技术对于通信、电力领域非常重要，如IC卡电话、分时计费电表等产品，通过远程更新代码能大大降低后期服务费用。

　　目前最常用的微控制器仍是MCS-51系列，其有限的存储空间、运行时不能更改程序代码、程序/数据空间必须分开等条件限制了IAP功能的实现，其中要解决的关键问题有以下几个方面：

　　（1） 存储器可在线再编程。
　　（2） 增加第二个存储器阵列，用于IAP期间MCU的运行。
　　（3） 实现对程序存储器的写入。
　　（4） 地址译码自动生成。

　　Waferscale（WSI）公司推出的Easy FlashTM系列可编程外围芯片产品PSD8XX是针对实现IAP问题而设计的，片内提供了IAP所必需的两块独立的存储器阵列和自动地址译码电路，与 80C51构成两芯片的IAP完整解决方案。我们用到的PSD813F1芯片内部有：1MB Flash主存储器、第二块256KB EEPROM存储器、16KB SRAM、复杂的可编程逻辑阵列CPLD，扩展I/O口及JTAG接口等功能模块。

一、 方案说明

　　在介绍方案之前，首先介绍将用到的PSD的两个内部寄存器：页寄存器（page）和VM寄存器。在PSD内部有一组控制寄存器用来对PSD进行设置，如I/O口方式、JTAG配置等。它们的地址是基址CSIOP加偏移地址。CSIOP地址可以在Able语言（见附录）中设定。页寄存器的偏移地址是E0H，VM寄存器的是E2H。当CSIOP被定义为0900H时，它们的访问地址就是（0900+E0）H和（0900+E2）H。8位的页寄存器可使MCU的寻址空间扩大256倍，它的内容可以由MCU来读出和写入。页寄存器直接参与PSD内部存储器的地址选择。在作为页寻址时写入要访问的页地址， PSD内部地址译码逻辑就立刻选中目标存储器空间。页寄存器是可以按位使用的，在不用来作页面选择时，还可以作一般逻辑使用，如本方案中用到的swap、 enabledatahalf就是用页寻址未用到的位来实现的。VM寄存器用来分开程序空间（PSEN信号使能）和数据空间（RD信号使能）， PSD813F1中Flash和EEPROM、SRAM可设置在不同空间。VM寄存器内容定义如表1所列。

　　如果VM=12H，则设置Flash和SRAM位于数据空间，EEPROM位于程序空间。

　　使用页寄存器实现分页存储时，应该设置一个公共存储器区，即程序在任何位置执行时都能够访问到的空间（或者说是页不相关的地址空间）。本方案中公共存储器区占去了每一页的低一半的存储空间（如图1~图4所示），用于放置初始化程序、中断服务程序、页切换程序以及物理设备驱动程序等重要子程序。同样，重要数据也应当在任何页都可以访问，如PSD控制寄存器、I/O、用于保存堆栈和全局变量的系统RAM等。

表1 VM寄存器

图1 上电时（启动/引导状态）系统存储器映射（VM=12H）

图2 写06H到VM，将Flash“移”到程序空间后系统存储器映射

图3 “swap”位写1，“切换”Flash和EEPROM后系统存储器映射

　　本方案充分利用了PSD813F1中存储器的独特功能，突破了80C51MCU的最大64KB访问空间的限制，PSD内部所有Flash存储器可以由80C51使用。 IAP实现的基本原理是：系统从PSD的EEPROM启动，执行引导/下载程序，如果需要的话从PC机或其他主机中通过UART下载固件（程序）到PSD 的Flash存储器。然后，程序从EEPROM转跳到Flash，再通过PSD中的一个特殊寄存器VM将原引导区（地址0000H）的EEPROM用 Flash替代，实现了通过UART对PSD中Flash存储器的在线编程。

二、 系统存储器映射

　　系统启动过程中存储器的映射变换如图1～图4所示，其中FSx、EESx是PSD813F1内部存储器块。FSx对应8个Flash块，每块16KB；EESx对应4个EEPROM块，每块8KB。

图4 写0CH到VM，将EEPROM“移”到数据空间后系统存储器映射

　　MCU的运行有两个基本模式：一个是引导/下载模式；另一个是正常运行模式。图1~图4显示了上电启动后从引导/下载模式到正常运行模式转换过程中系统存储器的变化。

图1显示了上电时系统存储器的映射情况。系统从EEPROM开始，检查是否要通过80C51的UART对Flash中的程序进行升级。此时， PSD中全部Flash存储器都处于80C51的数据空间，而EEPROM则处于80C51的程序空间。这是在WSI的PSDSOFT开发系统第二个步骤的“PSD Configuration”中设置的。在“S