基于80C196KC與PSD4235G2在線編程的實現

隨著MCU的廣泛應用，其性能不斷提高，集成度也日益提高。傳統的MCU系統設計，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），使系統復雜度高、可靠性低，且調試繁瑣、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，系統常常不穩定。

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。即通過計算機串口將程序代碼在線遠程下載到MCU系統的存儲器中，實現IAP的功能。

1PSD4235G2的性能特點

PSD4235G2( Programmable System Devices) 是ST公司設計生產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；他還集成了優化的“微控制器宏單元”邏輯結構，使系統地址/數據總線可以與內部寄存器直接互連，簡化了控制總線的設計。PSD產品以其設計靈活、資源豐富和極高的性價比在嵌入式系統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。總線接口邏輯使用地址譯碼和讀寫時由微控制器自動產生的控制信號，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，由用戶規定的地址訪問；256 kb次Flash，具有在更新閃爍存儲器的同時執行代碼的能力；64 kb SRAM通過連接外部電池可保護SRAM的內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用于地址譯碼并產生內部存儲器和寄存器的芯片選擇信號；CPLD實現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) 內置JTAG的串行接口，使系統具有整個芯片系統內編程的能力。利用這個功能，用戶可以對空的器件編程或現場對器件重新編程。

2系統設計

整個系統是由80C196KC單片機，PSD4235G2，D/A轉換器和LCD顯示器等構成，并通過上位機對其進行遠程編程。其系統結構如圖1所示。

80C196KC內部集成10位的A/D轉換器，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時,很少需要外圍分立器件，多數通過PSD4235G2中的宏單元邏輯組合產生與單片機連接的地址總線、數據總線、控制總線；同時，通過內部的邏輯譯碼產生3塊獨立存儲區片選信號，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進行聯絡，聯絡成功后由上位機將升級程序發送下去，調制后送到該遠程系統，而將數據解調后，通過80C196KC接口寫到PSD4235G2的數據存儲區。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值，由PSD4235G2的PLD對程序存儲區和數據存儲區進行切換，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。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，他的內容可以由MCU來讀寫。頁寄存器可直接參與PSD內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，在頁寄存器實現分頁存儲時，應該設置一個公共存儲器區，即程序在任何頁面位置執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動程序等重要子程序。同樣，重要數據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RAM等。VM寄存器用來分開程序空間和數據空間，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，將PSD的主F lash存儲器映射到80C196KC的數據存儲區，系統從PSD的次Flash啟動，執行引導/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據存儲區跳變到程序存儲區，轉而執行Flash存儲器中的程序，從而實現對原程序的升級。

系統的運行有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。系統啟動時從引導/下載模式到正常運行模式轉換過程中系統存儲器的變化步驟為：

(1) 上電時系統存儲器映射

上電時系統開始執行次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的數據空間，而次Flash存儲空間則處于MCU的程序空間。

(2) 主Flash存儲空間從數據空間移至程序空間

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的數據空間移到程序空間。

(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。在程序寫1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存儲空間移至數據空間

程序已經在PSD的主Flash中運行，寫0CH到VM寄存器，把次Flash的存儲空間從MCU的程序空間移到數據空間。并且，MCU轉跳到在PSD的主Flash的復位入口地址，用戶的程序開始真正執行。

用戶程序啟動模塊的流程如圖3所示。

4結語

PSD4235G2的獨特結構簡化了硬件接口電路，為嵌入式MCU系統提供了簡單靈活的解決方案。其IAP功能使產品可以在應用中編程和測試，并遠程升級程序代碼，縮短了產品開發周期，降低了產品維護和升級成本，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設計［M］.北京：清華大學出版社，2002
［3］孫涵芳.單片機現場可編程外圍芯片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.