基于80C196KC與PSD4235G2在線編程的實現(xiàn)

隨著MCU的廣泛應用，其性能不斷提高，集成度也日益提高。傳統(tǒng)的MCU系統(tǒng)設計，在選好MC U后還要采購大量的分離器件（如地址鎖存器、譯碼器、擴展芯片、RAM，EPROM，PLD等），使系統(tǒng)復雜度高、可靠性低，且調(diào)試繁瑣、效率低下，造成設計復雜,印制板面積增大。還要考慮到各種干擾,總線競爭等很多因素，系統(tǒng)常常不穩(wěn)定。

本文介紹一種基于閃爍存儲器的在線可編程微處理器外圍器PSD4235G2組成的MCU系統(tǒng)。即通過計算機串口將程序代碼在線遠程下載到MCU系統(tǒng)的存儲器中，實現(xiàn)IAP的功能。

1PSD4235G2的性能特點

PSD4235G2( Programmable System Devices) 是ST公司設計生產(chǎn)的一種基于閃爍存儲器的在線可編程外圍器件。他將MCU系統(tǒng)外圍器件高度集成在一起，并與MCU進行無縫連接，只需用2顆芯片MCU+PSD 即可代替眾多的外圍器件組成一套完整的MCU系統(tǒng)；他還集成了優(yōu)化的“微控制器宏單元”邏輯結(jié)構，使系統(tǒng)地址/數(shù)據(jù)總線可以與內(nèi)部寄存器直接互連，簡化了控制總線的設計。PSD產(chǎn)品以其設計靈活、資源豐富和極高的性價比在嵌入式系統(tǒng)應用領域得到廣泛應用。此外，PSD4235G2還具有以下特性：

(1) 采用多路復用或非多路復用的16位總線為控制器的簡單接口?？偩€接口邏輯使用地址譯碼和讀寫時由微控制器自動產(chǎn)生的控制信號，可方便地與16位單片機80C196KC直接相連。

(2) 4 Mb主Flash，被分為8個大小相同的塊，由用戶規(guī)定的地址訪問；256 kb次Flash，具有在更新閃爍存儲器的同時執(zhí)行代碼的能力；64 kb SRAM通過連接外部電池可保護SRAM的內(nèi)容使之免受電源故障的影響。

(3) 主Flash和次Flash可同時編程，即在執(zhí)行來自一個存儲器的代碼時可同時對另一個存儲器編程。

(4) 器件PSD4235G2包括2個PLD塊，譯碼PLD(DPLD)和復合PLD(CPLD)。DPLD用于地址譯碼并產(chǎn)生內(nèi)部存儲器和寄存器的芯片選擇信號；CPLD實現(xiàn)用戶定義的邏輯功能。這些邏輯由16個輸出宏單元和24個輸入宏單元和“與”陣列構成。

(5) 52個單獨可配置的I/O端口引腳，配置成MCU I/O，PLD I/O，鎖存MCU地址輸出、特殊功能I/O，漏極開路輸出的I/O端口。

(6) 具有可編程電源管理功能（PMU），支持掉電模式的低功耗模式，使5 V待機狀態(tài)的電流低至50μA；另外還具有自動檢測控制器工作的功能。

(7) 內(nèi)置JTAG的串行接口，使系統(tǒng)具有整個芯片系統(tǒng)內(nèi)編程的能力。利用這個功能，用戶可以對空的器件編程或現(xiàn)場對器件重新編程。

2系統(tǒng)設計

整個系統(tǒng)是由80C196KC單片機，PSD4235G2，D/A轉(zhuǎn)換器和LCD顯示器等構成，并通過上位機對其進行遠程編程。其系統(tǒng)結(jié)構如圖1所示。

80C196KC內(nèi)部集成10位的A/D轉(zhuǎn)換器，因而模擬量可以直接輸入MCU。PSD4235G2具有2塊大容量Flash、16個輸出宏單元和24個輸入宏單元，因而在與單片機組成系統(tǒng)時,很少需要外圍分立器件，多數(shù)通過PSD4235G2中的宏單元邏輯組合產(chǎn)生與單片機連接的地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線；同時，通過內(nèi)部的邏輯譯碼產(chǎn)生3塊獨立存儲區(qū)片選信號，即主Flash片選FS i、次Flash片選CSBOOTi和SRAM片選RS0。并且PSD4235G2與LCD、D/A電路的接口直接用其PA、PB口連接，只需在軟件設計和單片機程序中相應設計為I/O模式或地址鎖存模式。

系統(tǒng)由復位電路對80C196KC和PSD4235G2進行復位，主程序放入PSD4235G2中。程序升級時，上位機與80C196KC進行聯(lián)絡，聯(lián)絡成功后由上位機將升級程序發(fā)送下去，調(diào)制后送到該遠程系統(tǒng)，而將數(shù)據(jù)解調(diào)后，通過80C196KC接口寫到PSD4235G2的數(shù)據(jù)存儲區(qū)。當接到上位PC機的切換命令后，80C196KC向PSD4235G2的寄存器中送一個狀態(tài)值，由PSD4235G2的PLD對程序存儲區(qū)和數(shù)據(jù)存儲區(qū)進行切換，再加上其他的功能電路，就構成了一個完整的可遠程程序升級的系統(tǒng)。80C196KC，PSD4235G2和串口的接口電路如圖2所示。

3IAP(在線編程)設計

PSD4235G2有2個內(nèi)部寄存器：頁寄存器(page)和VM寄存器。8位的頁寄存器可使MCU的尋址空間擴大256倍，他的內(nèi)容可以由MCU來讀寫。頁寄存器可直接參與PSD內(nèi)部存儲器的地址選擇，在作為頁尋址時寫入要訪問的頁地址，PSD內(nèi)部地址譯碼邏輯就立刻選中目標存儲器空間。另外，在頁寄存器實現(xiàn)分頁存儲時，應該設置一個公共存儲器區(qū)，即程序在任何頁面位置執(zhí)行時都能訪問到的空間（或者說是與頁不相關的地址空間），用于放置初始化程序、中斷服務程序、頁切換程序以及物理設備驅(qū)動程序等重要子程序。同樣，重要數(shù)據(jù)也應當在任何頁都可以訪問，例如PSD控制寄存器、I/O、用于保存堆棧和全局變量的系統(tǒng)RAM等。VM寄存器用來分開程序空間和數(shù)據(jù)空間，并把PSD4235G2中主Flash、次Flash和SR AM設置在不同空間。

在進行在線編程時，首先將PSD的次Flash存儲器映射到80C196KC的程序存儲區(qū)，將PSD的主F lash存儲器映射到80C196KC的數(shù)據(jù)存儲區(qū)，系統(tǒng)從PSD的次Flash啟動，執(zhí)行引導/下載程序，如果需要的話從上位機下載程序到PSD的主Flash存儲器；然后，再通過PSD中的VM寄存器，將主Flash存儲器存儲空間從數(shù)據(jù)存儲區(qū)跳變到程序存儲區(qū)，轉(zhuǎn)而執(zhí)行Flash存儲器中的程序，從而實現(xiàn)對原程序的升級。

系統(tǒng)的運行有2個基本模式：一個是引導/下載模式；另一個是正常運行模式。系統(tǒng)啟動時從引導/下載模式到正常運行模式轉(zhuǎn)換過程中系統(tǒng)存儲器的變化步驟為：

(1) 上電時系統(tǒng)存儲器映射

上電時系統(tǒng)開始執(zhí)行次Flash中的程序，檢查是否要通過MCU對主Flash中的程序進行升級。此時，PSD中主Flash存儲器存儲空間都處于MCU的數(shù)據(jù)空間，而次Flash存儲空間則處于MCU的程序空間。

(2) 主Flash存儲空間從數(shù)據(jù)空間移至程序空間

在完成對Flash中程序升級或不需要升級時，寫VM寄存器為06H，將主Flash的存儲空間從MCU的數(shù)據(jù)空間移到程序空間。

(3) 切換主Flash和次Flash存儲空間

MCU從PSD次Flash中運行程序跳到主Flash中的運行程序。在程序?qū)?到‘swap’位（上電時‘swap’的值是0）進行地址“切換”，程序就進入主Flash中運行了。

(4) 次Flash存儲空間移至數(shù)據(jù)空間

程序已經(jīng)在PSD的主Flash中運行，寫0CH到VM寄存器，把次Flash的存儲空間從MCU的程序空間移到數(shù)據(jù)空間。并且，MCU轉(zhuǎn)跳到在PSD的主Flash的復位入口地址，用戶的程序開始真正執(zhí)行。

用戶程序啟動模塊的流程如圖3所示。

4結(jié)語

PSD4235G2的獨特結(jié)構簡化了硬件接口電路，為嵌入式MCU系統(tǒng)提供了簡單靈活的解決方案。其IAP功能使產(chǎn)品可以在應用中編程和測試，并遠程升級程序代碼，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，降低了產(chǎn)品維護和升級成本，搶先占領市場。

參考文獻
［1］孫涵芳.Intel 16位單片機［M］.北京：北京航空航天大學出版社，1999
［2］劉復華.8*C196KX單片機及其應用系統(tǒng)設計［M］.北京：清華大學出版社，2002
［3］孫涵芳.單片機現(xiàn)場可編程外圍芯片PSD的原理及應用［M］.北京：北京航空航天大學出版社，1998
［4］可編程單片及外圍芯片技術手冊.