基于P89C51RD2 IAP功能的数据存取与软件升级_单片机论文
关键词：p89c51rd2 boot rom iap（isp）功能 软件升级
1 概述
p89c51rd2是philips公司的80c51系列单片机中的佼佼者，具有1kb的片上ram和64kb的片上内存；具有3种编程方式，即在系统编程isp（insystem programming）、在应用中编程iap（in-application programming）以及通过商用编程器的并行编程。isp是指电路板上的空白器件可以编程写入最终用户代码，而不需要从电路板上取下器件，已经编程的器件也可以用isp方式擦除或再编程；isp是指在用户的应用程序中获取新代码对flash块、flash寄存器、boot向量等进行擦除和重新编程，即可以用程序来改变程序。iap对于仪器仪表的智能化意义重大。高档的智能化仪器都具有自诊断、自修复、自组织、自适应和自学习等功能，而这些功能实现的物质基础，就是仪器的程序可以根据实际情况进行改变和调整。
philips公司在p89c51rd2中提供了boot rom固件，位于0fc00h～0ffffh空间，与闪存空间重叠，如图1所示。philips公司提供了寻址该器件的方法，因此可以通过读取其目标代码进行分析研究。有关boot rom的读出方法以及boot rom与isp功能的实现在参考文献3已有所论述。
p89c51rd2的iap功能的实现了是靠philips公司提供的boot rom固件来实现的。boot rom固件中已经固化有上述擦除和编程等子程序，只要应用程序来调用即可。通过对boot rom反汇编内容进一步的分析可以看出：isp和iap是一脉相承的，isp功能的实现调用iap功能的子程序。本文将分析boot rom中有关iap及iap和isp的相互关系，以达到深入了解和利用iap功能的目的。
2 对boot rom中有关iap功能代码的分析
3 对boot rom中isp和iap的相互关系分析
2、3内容请见本刊网络补充版（//www.dpj.com.cn）。
4 iap功能的使用
4.1 程序空间用作数据空间
在一个实际的应用系统中，往往有一些关键性的数据需要保存，例如用户设置数据或重要的过程数据。目前的通过做法有两种：一种是在电路中扩展非易失性sram，多用在对时间要求比较苛刻的场合；另一种做法是扩展eeprom（并行或串行）或类似存储器，多用在对时间要求不太荷刻的场合。这两种方法可达到掉电后数据不丢失的目的。
p89c51rd2具有64kb的片上闪存，这对于一般的应用来说足够大，往往会有剩余的闪存空间。在通常状况下，mcu的编程只能通过商用编程器来进行，那么剩余的闪存空间只能作为程序升级的备用空间，而不能作为数据空间；另一方面，如果需要保存数据，还要另外扩展存储器，这样不但增加了电路板的面积，而且增加了调试难度。
而p89c51rd2是一种具有iap功能的单片机，其内存结构具有如下特点（见图1）：
①闪存空间是分块的。64kb的内存空间共分5块，由低到高分别为8kb（block0）、8kb（block1）、16kb（block2）、16kb（block3）、16kb（block4）；
②每一块都可以单独擦除；
③在程序中可以调用iap功能，对闪存中的每一字节进行单独编程。
正是由于上述3个特点，在一些对时间要求不是很荷刻的场合，都可以将剩余的闪存空间作为数据空间来使用。例如，作者在海洋气象监测仪器的研制中，有些关键数据需要存储，如整点的风速、风向、温度、湿度、气压和降水量的瞬时值和十分钟平均值，以及最值、极值、大风段等。而数据的采集要求3s采集1次，采集处理时间大约需要0.5s，则剩余的时间内就可以利用iap功能来存储数据。这些存储的数据可以通过串口被上位机调用。
由于整个软件经汇编后大约20kb，因此，将地址为0000h～7fffh的32kb内存空间作为程序空间，则可以仪器的升级预留足够的空间；而将8000h～0ffffh的32kb闪存空间留作数据存储空间。由图1可以看出，从8000h～0ffffh的32kb闪存空间由block3和block4两块组成，每一块为16kb，足可以存储10天的数据量。在实际操作中，将block3和block4轮流使用，当10天的数据量存满其中一块时，通过程序跳转到另一块中，在使用前先将该块擦除。这样block3和block4每过20天便分别被擦除和重写1次。对有关地址定义如下：
addr_l equ 30h ；被编程数据的低8位地址
addr_l equ 31h ；被编程数据的高8位地址
data_temp equ 32h ；被编程数据
addr_l，addr_h和data_temp的具体地址可以根据用户程序的实际情况进行定义；auxr1，pgm_mtp的定义同前。有关子程序为：
擦除bl0ck3
ersblock3： ；block3擦除
mov auxr1，#20h ；auxr1的位enboot=1，寻址到固件
mov r0，#11 ；晶振为11.0592mhz，取11
mov r1，#01h ；r1=01h，块擦除
mov dptr，#8000h ；擦除block3
lcall pgm_mtp ；调用，无返回参数
ret
擦除bl0ck4
epsblock4: ;block4擦除
mov auxr1，#20 ；auxr1的位enboot=1,寻址到固件
mov r0，#11 ；晶振为11.0592mhz，取11
mov r1，#01h ；ri=01h，块擦除
mov dptr，#0c000h ；擦除block4
lcall pgm_mtp ；调用，无返回参数
ret
字节编程
wrdata：
mov auxr1，#20h ；auxr1的位enboot=1，寻址到固件
mov r0，#11 ；晶振为11.0592mhz，取11
mov r1，#02h ；r1=02h，字节编程功能
mov dph，addr_h ；高8位地址
mov dpl，addr_l ；低8位地址
mov a，data_temp ；被编程数据
lcall pgm_mtp ；调用，返回参数acc=0，调用成功，非0调用失败
ret
读闪存字节内容
rddata：
mov auxr1，#20h ；auxr1的位enboot=1,寻址到固件
mov r0，#11 ；晶振为11.0592mhz，取11
mov r1，#03h ；r1=03h，读闪存字节内容
mov dpl，addr_l ；低8位地址
mov dph，addr_h ；高8位地址
lcall pgm_temp ；调用，返回参数acc中为读出字节内容
ret
将上述4个子程序结合实际情况灵活运用，便可以实现数据的有效存储，而且这些数据在掉电后是不丢失的，完全达到系统要求。
4.2 iap功能应用于仪器升级
利用p89c51rd2固有的isp功能，在所设计的仪器中增加1个拨码开关，便可以实现智能仪器的软件升级。对操作人员的要不高，原理简单易行。具体方法请见参考文献4。
文献4所讨论的isp功能与远程升级，实质上是在复位过程中，用相应的硬件控制使程序指针跳转到boot rom空间的0fc00h处。整个过程由isp程序模块来控制，而用户程序由于是被升级程序，故完全失去了控制权，编程完毕，需要人工复位并使指针切换到用户程序空间中方可使新程序起作用。这给智能仪器升级带来了麻烦，如果巧妙地利用p89c51rd2的iap功能，则可以使仪器升级变得更加简单。
前面已经指出，isp和iap是一脉相承的，isp功能的实现调用了iap功能的子程序。所以完全可以利用iap功能来设计自己的isp程序，这样，就可以不必在闪存空间和boot rom空间之间跳来跳去。
由于用户程序一般不会超过48kb，故可将block4留出，作为用户自编isp功能区空间。在下面的自编isp程序中，如果上位机误传来擦除block4的指令，将被认为是错误指令而不予执行，这样就可以保证该部分程序不会被擦除。
整个isp功能程序的编制可以参照参考文献3分析的boot rom中isp功能的有关程序。不过，可以将波特率自动跟踪去掉，使用固定波特率，并且将整个协议进行简化，将所有功能规划为擦除、编程、读出、校验4大模块，而且这些模块的执行直接使用philips公司的有关协议，这样boot rom中的有关程序就可以作为用户编程的参考。
规定isp功能的启动命令为“[isp start]”。当下位机收到上位机传输的该条指令时，便跳转到用户自编的isp程序中，此时上下位机通过用户的协议就可完成用户空间程序的擦除、查空、编程、校验等功能，直到上位机传来“[isp end]”指令为止。这就表示所有的程序已经传输完毕并校验成功。此时跳出isp，使指针指向0000h单元，则系统根据升级正常运行。有关流程如图2所示。
自编isp程序具有以下特点：
*自编isp程序与上位机的协议参考philips公司的有关协议并予以简化，启动和结合命令由自己定义，开发比较容易；
*自编isp程序不必在复位时开始执行，升级完成后，可以将程序指针转向新程序，不必重新启动系统；
*可以使用固定的波特率，并且t1和t2都可以作为波特率发生器；
*触发条件规定为一条普通的串口指令，当下位机接收到该条指令后，即跳转到自编的isp程序空间中。
使用这种方法也存在一定的缺点，由于自编isp程序相当于一块固化程序，不能轻易擦除，因此，这种方法一般不能对整片进行升级。但考虑到p89c51rd2具有64kb的flash rom，用户程序空间很少能使用到block4，所以该方案在一般情况下是切实可行的。