隨著排放法規(guī)的加嚴(yán),發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元(ECU)成為了現(xiàn)代汽車中一個(gè)必備部分。在發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元這種單片機(jī)系統(tǒng)中,Flash存儲器已成為其一個(gè)基本配置,主要用來存放控制程序代碼。

將程序代碼裝入Flash存儲器的方法有3種:第1種方法是要求供應(yīng)商在存儲器發(fā)貨前將數(shù)據(jù)寫入,但無法滿足產(chǎn)品開發(fā)階段修改程序的要求;第2種方法是使用編程器編程,但由于Flash存儲器正在向小型化、貼片式發(fā)展,從而使Flash存儲器難以利用編程器編程;第3種方法是將存儲器安裝到電路板上進(jìn)行編程,即在系統(tǒng)編程(In System Programming,ISP),這種編程方式是通過系統(tǒng)的微處理器實(shí)現(xiàn)對Flash存儲器的編程,不需要其他編程設(shè)備和附加編程電源,具有靈活、方便的優(yōu)點(diǎn)。因此,在設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元時(shí),結(jié)合M68HC11上電引導(dǎo)程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了存儲器AM29F010B的在系統(tǒng)編程。

1　Flash存儲器的在系統(tǒng)編程技術(shù)

AM29F010B是AMD公司生產(chǎn)的Flash存儲器,這種Flash存儲器編程簡單。此芯片僅需5V單電源供電便可使內(nèi)部產(chǎn)生高電壓進(jìn)行編程和擦除操作。用戶只需向其命令寄存器寫入標(biāo)準(zhǔn)的微處理器指令,具體編程、擦除操作便由內(nèi)部電路實(shí)現(xiàn)。

在編寫程序時(shí)需要注意,由于只有擦除指令能使“0”變?yōu)?ldquo;1”,擦除結(jié)果為“1”;而編程指令不能使“0”寫為“l”,所以用戶在進(jìn)行Flash存儲器編程時(shí),應(yīng)先擦除,再進(jìn)行編程。

2　M68HC11與上電引導(dǎo)模式(Bootstrap Mode)

M68HC11是由Motorola公司推出的微處理芯片(Microcontroller Unit,MCU),由于其優(yōu)越的性能,目前在發(fā)動(dòng)機(jī)控制領(lǐng)域有著廣泛地使用。M68HC11具有一種上電引導(dǎo)模式,使得用戶程序可以通過串行接口(SCI)下載到內(nèi)部的RAM區(qū)中,然后將M68HC11轉(zhuǎn)到用戶程序中執(zhí)行。下載的程序可以像任何普通用戶程序一樣運(yùn)行。雖然上電引導(dǎo)模式是一種單芯片模式,但是在這種模式下可以改變模式控制字,因此同樣可以訪問外部資源。

硬件的模式選擇通過MCU復(fù)位時(shí)MODA和MODB管腳進(jìn)行控制,MODA和MODB的邏輯狀態(tài)在RESET管腳電平變高之前被鎖存。當(dāng)RE2SET管腳變高后,模式選擇管腳對MCU的運(yùn)行模式不再起作用。復(fù)位時(shí)如果MODA和MODB管腳全為低電平,則MCU進(jìn)入上電引導(dǎo)模式。

3　在系統(tǒng)編程的實(shí)現(xiàn)

3.1　硬件方案
為了通過M68HC11對AM29F010B進(jìn)行在系統(tǒng)編程,除了基本組件的設(shè)計(jì)之外,本系統(tǒng)在硬件方面做了以下準(zhǔn)備:
1)為了能夠從計(jì)算機(jī)上下載程序代碼,即與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊,本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了MAX232進(jìn)行TTL電平和RS232電平的轉(zhuǎn)換;
2)為了使MCU開機(jī)或者復(fù)位能夠進(jìn)入上電引導(dǎo)模式,需要在MODA和MODB管腳處設(shè)計(jì)跳線,使復(fù)位時(shí)為低電平。硬件方案簡圖見圖1。

圖1　硬件方案

3.2　在系統(tǒng)編程的軟件方案
當(dāng)單片機(jī)復(fù)位進(jìn)入上電引導(dǎo)模式后,會自動(dòng)進(jìn)行串口的初始化等操作,然后通過串口接收程序,放到RAM內(nèi),并自動(dòng)跳到此程序執(zhí)行。設(shè)計(jì)中依靠這個(gè)程序?qū)崿F(xiàn)對外部Flash存儲器的編程。

3.2.1　單片機(jī)程序
此程序需要下載到M68HC11內(nèi)部RAM中,在引導(dǎo)程序完成后開始執(zhí)行。在本系統(tǒng)中用于實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)繼續(xù)通訊接收程序代碼,并且用接收的代碼對外部Flash存儲器AM29F010B進(jìn)行編程。

程序的執(zhí)行過程為1)進(jìn)行初始化操作;2)等待開始字節(jié)“W”;3)等待編程開始地址;4)擦除Flash EPROM,并發(fā)送擦除后的地址FFFE和FFFF處數(shù)據(jù);5)接收二進(jìn)制數(shù)據(jù),執(zhí)行編程操作;6)發(fā)送AA表明編程成功,并開始執(zhí)行外部程序。由于M68HC11的RAM只有256個(gè)字節(jié),因此程序用匯編語言進(jìn)行編寫,下面是其中幾個(gè)子程序。

/3初始化,程序在RAM地址中存放,將單片切換到擴(kuò)展模式,并設(shè)置波特率96003/
ORG＄0
START　LDS　#＄FF
LDX #＄1000
BSET hprio,X,#00100000B
BCLR hprio,X,#00010000B
BCLR hprio,X,#01000000B
LDAA #00110000B
STAA BAUD
/3片擦除子程序3/
ERASE_FLASH　　ldab　　　#＄AA
stab　　＄555
ldab　　#＄55
stab　　＄2AA
ldab　　#＄80
stab　　＄555
ldab　　#＄AA
stab　　＄555
ldab　　#＄55
stab　　＄2AA
ldab　　#＄10
stab　　＄555
rts
/3編程子程序3/
FlashProgByte　　ldab　　#＄AA
stab　　＄555
ldab　　#＄55
stab　　＄2AA
ldab　　#＄A0
stab　　＄555
staa　　X

這是根據(jù)AM29F010B編程的時(shí)序要求編寫的程序,其時(shí)序見表1、表2。

3.2.2　計(jì)算機(jī)程序
計(jì)算機(jī)程序的任務(wù)是負(fù)責(zé)與單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通訊,把要在單片機(jī)RAM內(nèi)運(yùn)行的用戶程序代碼和需要裝入Flash存儲器內(nèi)的代碼傳給單片機(jī)系統(tǒng),并監(jiān)視單片編程過程的執(zhí)行,及時(shí)反饋編程信息。

在本系統(tǒng)中采用C語言進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程,由于單片機(jī)上電引導(dǎo)程序需要的數(shù)據(jù)信息是二進(jìn)制格式,因此根據(jù)上面的匯編程序編譯后的結(jié)果制作一個(gè)數(shù)據(jù)數(shù)組,每1個(gè)單元存放1個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。

關(guān)于監(jiān)視單片機(jī)的編程過程,本系統(tǒng)沒有采用復(fù)雜的狀態(tài)位檢查機(jī)制,而是采用了一種簡單的方法。當(dāng)單片機(jī)對1個(gè)地址寫入數(shù)據(jù)后再讀出其中內(nèi)容,如果與原來數(shù)據(jù)不同,則在此處反復(fù)執(zhí)行讀操作。計(jì)算機(jī)程序發(fā)出數(shù)據(jù)后便監(jiān)視串口,如果一定時(shí)間內(nèi)在串口處沒有返回?cái)?shù)據(jù),則視為超時(shí),編程失敗。計(jì)算機(jī)程序流程見圖2。

圖2　計(jì)算機(jī)程序流程圖

4　結(jié)束語

本文結(jié)合M68HC11上電引導(dǎo)功能,介紹了利用在系統(tǒng)編程技術(shù)將程序代碼編寫到Flash存儲器中的方法,給出了相應(yīng)環(huán)節(jié)的程序流程圖和部分操作的程序示例。將這種方法應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的開發(fā)中,使得編程非常方便,加快了項(xiàng)目的進(jìn)度,縮短了開發(fā)的周期。相信這種方法在其他領(lǐng)域也可以得到廣泛地應(yīng)用。