基于68MC376的ISP實現方法

摘    要：本文在Motorola 68MC376平臺上通過軟硬件設計實現了在系統編程(ISP)的功能。
關鍵詞：單片機；ISP

 引言
目前，在汽車電子中有很多常用的單片機，如Motorola 68MC376等，它們在硬件上并不直接支持ISP，從而在應用中造成一定程度的不便。本文研究的目的即是在Motorola 68MC376單片機上通過相關的硬件設計和軟件設計實現ISP，使其同樣具有在系統編程的能力。
系統設計
總體設計和難點
讓Motorola 68MC376單片機具有ISP能力，需要有專門的硬件支持以及上位機和下位機的軟件支持?？傮wISP設計框圖如圖1所示。
由圖1可知，本設計所使用的ISP方法是從上位機讀取編程字節，通過串口傳輸到下位機，并且通過下位機程序將編程字節寫到下位機的可擦寫存儲器中。
這樣一個設計存在兩個難點。首先，由于硬件68MC376并不具備內部的ROM，所以必須使用合適的Flash存儲器搭建存儲器擴展電路，才能實現存放應用程序的目的，為ISP提供基本的硬件基礎。其次，由于ISP的下位機應用程序均存在于唯一的Flash中，即在讀取自身程序的同時對自身進行擦寫等操作，這顯然是不可能的，必須使用其他的獨特方法才能實現下位機的軟件編程操作。
硬件設計
為了使68MC376具有ISP能力，首先需要圍繞該芯片設計Flash ROM擴展電路硬件和串口的收發電路。
圖2中包括兩部分電路的設計，即Flash擴展電路的設計和串口設計。
Flash擴展電路主要包括地址總線(ADDRESS)、數據總線(DADA BUS)以及讀寫和片選信號的連接。由于68MC376外部數據總線為16位，故選擇兩片AM29F040作為外部擴展Flash。該Flash芯片單片容量為4Mbit，所以擴展的只讀存儲器共計1Mbyte。
由于使用68MC376的CSBOOT連接了兩片Flash的片選端，所以圖2所連接的Flash ROM可以實現硬件自啟動功能。為實現此功能，需要對其物理地址進行配置。在本設計中，Flash的地址被配置在0x80000的位置。
圖2中的串口電路為使用了光電隔離措施的串口驅動電路。由于該電路可能工作在電磁兼容環境比較惡劣的場合，所以使用6N137設計光隔電路，以免外界干擾對單片機產生影響。
軟件設計
軟件設計主要包括上位機軟件設計和下位機軟件設計，二者需要遵循同樣的協議，相互配合工作。
圖3描述了在系統編程時上位機和下位機的配合流程。通常在下位應用程序中，該部分在系統編程的代碼處于休眠狀態，當串口接收到編程請求時，該部分代碼才被激活并產生相應的效果。該流程中設計了一個編程開鎖的握手過程，這是為了防止誤操作，從而保證下位機在系統編程的代碼不會被意外的激活。
下位機軟件
圖3中下位機編程初始化部分主要完成Flash讀寫允許、信號串口波特率的重新定義、RAM配置以及ISP代碼拷貝等任務。為了提高ISP速度，通常將串口波特率設為57600bit/s。RAM使用單片機內部的TPURAM，并將其配置在從0x10000開始的地址上。
圖3下位機流程中被框起的是一個特殊的部分。通常下位機的應用程序都是在ROM里執行的。但是由于在ISP過程中，系統不可能一邊從Flash ROM讀取指令，一邊對Flash ROM進行擦寫操作，所以這里采用了特殊的子函數映射的方法完成這一功能，即在源代碼設計中，所有的ISP子函數均是通過計算相對地址得到運行的(見圖4)。
 系統從Flash ROM啟動后，位于地址0x81000處有一段代碼具有ISP的串口讀數功能，則在實際執行時先要將這段代碼拷貝到地址0x10000，然后跳轉至映射的地址并執行相應的指令。下面一段源代碼為串口接收(sci_receive)的源程序例。
MOVE.L #FlashBaseAddr,D0;
file://得到ISP代碼在Flash中的基地址
MOVE.L #sci_receive,A0;
file://得到sci_receive子函數的實際地址
SUB.L  D0,A0;
file://二者相減得到基地址偏移量
ADD.L  RAMBaseAddr,A0;
file://加上RAM基地址，得到RAM中//sci_receive的映射地址
JSR     (A0);
file://跳往映射地址處執行
上位機解碼工作
上位機軟件設計中，比較重要的一部分是SX文件的解碼工作。
SX文件一般以S0行標志文件代碼部分開始，S9行表示文件代碼部分結束。中間部分一般以S1、S2或者S3開頭，表示不同的尋址范圍。
以S20C08000000002000000 852145D為例，該部分代碼為24位尋址(即地址為3個字節)。具體地址為0x0C0800，后面除了最后一個字節以外均為實際二進制代碼的字符表達形式，最后一個字節5D為該行的校驗碼。
該代碼需要通過重新編碼后方可被單片機直接使用?？紤]到單片機的運算速度遠不如上位機PC，所以這部分工作由上位機完成。上位機每個編程循環讀取一行SX格式的代碼，獲取地址并且完成解碼后，通過串口發送給下位機。下位機從串口獲取該地址和該行編碼后，直接調用ISP中的Flash燒寫程序對Flash進行編程。
實際結果
在實際工作中使用Matlab/GUI編寫了上位機解碼和發送程序，配合下位機的ISP軟件工作，各方面表現均正常。嘗試下載76K的SX格式的下位機軟件時，用時大約為1分鐘。

結語
本文使用Flash作為ROM擴展了68 MC376的存儲器硬件電路，設計了串口電路的硬件，完成了ISP硬件的設計；通過SX文件上位機解碼，以及下位機獨特的映射執行代碼的方式，完成了ISP的軟件設計。
考慮到68K系列芯片的相似性，類似芯片如68 MC332等均可以直接使用該方法實現ISP在系統編程的功能。■

參考文獻
1 Motorola 68MC376 User誷 Manual
2 AM29F010 data sheet