Flash 單片機自編程技術的探討

       核心器件: MSP430 
   
       1 MSP430芯片Flash存儲器的結構 

       Flash存儲器模塊是一個可獨立操作的物理存儲器單元。全部模塊安排在同一個線性地址空間中，一個模塊又可以分為多個段。當對Flash存儲器段中的某一位編程時，就必須對整個段擦除，因此，Flash存儲器必須分為較小的段，以方便地實現擦除和編程。圖1是MSP430芯片上Flash存儲器模塊的結構框圖。該Flash存儲器模塊包含如下部分：控制邏輯——控制Flash擦除和編程時的機器狀態和時序發生器； Flash保護邏輯——避免意外的Flash擦除和編程操作；編程電壓發生器——提供Flash擦除和編程所需全部電壓的集成電荷泵； 3個16位控制寄存器——FCTL1、FCTL2、FCTL3控制Flash模塊的全部操作；存儲器本身。 




       2 Flash存儲器的擦除和編程操作 

       通常CPU訪問Flash是為了讀取數據或者是執行程序，這時數據、地址鎖存器是透明的，時序發生器和電壓發生器關閉。然而，我們有時候需要在程序執行的過程中對Flash的內容進行修改，這時就需要對控制寄存器FCTLx進行適當的設置，以保證擦除/編程操作的正確執行。當進行擦除/編程操作時，Flash模塊中的時序發生器將產生全部內部控制信號，控制全部執行過程。這時CPU是不能訪問Flash的，因此所要執行的程序指令必須從別的地方調用，如RAM，或者將CPU置于空閑狀態。當Flash的編程結束后，CPU才能重新獲得對Flash的控制權。 　　

       MSP430系列芯片中只集成了一個Flash模塊用作程序和數據存儲器。這就意味著在對Flash進行編程時，中斷向量是不起作用的，任何中斷請求都得不到響應。所有可能的中斷源（包括看門狗）在對Flash進行擦除/編程操作前，都應該被屏蔽掉，如程序1所示。 
       

       2.1 直接進行的Flash自編程 

       MSP430獨有的一個特點就是，其Flash模塊可以不用把程序代碼拷貝到其它的存儲器就可實現自編程。在Flash自編程過程中，當CPU從Flash中取指令時，Flash會返回值 3FFFh（JMP $）給CPU，使CPU處于無限循環直到Flash自編程的結束，才會將下一條指令返回，從而使程序繼續執行下去。 

       下面給出的程序2，對MSP430芯片的Flash進行自編程是非常容易實現的。不過這種方法也存在一個缺點：在Flash進行自編程的過程中，CPU處于空閑狀態，所以這時既不能執行程序，也不能響應中斷，而且這種Flash自編程方法只可用于字或字節編程模式，而不適用于速度更快的段寫模式。  

       

       2.2 通過RAM程序調用實現Flash自編程 

       在Flash進行擦除和編程期間，CPU只能訪問存于片上RAM的程序指令。將Flash中的程序復制進堆棧中，如程序3所示。當對Flash進行擦寫時，CPU就可以從RAM中執行程序。Flash的擦寫操作完成后，Flash就可以重新被訪問，程序指針PC就會再次指向Flash存儲器，堆棧指針SP也會恢復。

       從RAM中執行程序，可以使CPU在Flash被改寫時依然保持運行。因此，MSP430系列芯片在Flash編程期間仍然可以通過UART模塊接收數據。不過，在這種模式下是否接收到數據，只能通過查詢UART的接收標志位來進行判斷。  

          
       
       結 語 

       本文提出的兩種Flash自編程方法各有利弊。當CPU必須對事件作出快速反應時，如通過UART進行的數據通信，采用Flash自編程開始時將Flash中的程序代碼復制進RAM再執行的方法。如果對實時性要求不高，在Flash自編程過程中，將CPU置于空閑狀態的辦法更為簡單、直接。可以相信，隨著Flash型芯片的廣泛應用和技術的不斷發展，Flash的自編程技術也將會有新的突破。