对MC68HC908内Flash在线编程的一种方法

摘要 Freescale公司新推出的MC68HC908系列8位单片机，采用片内Flash取代过去常用的ROM或EPROM，使单片机具有了在线编程写入或擦除的功能，增强了方便性，扩展了其应用范围。本文以MC68HC908QY4为例，详细分析如何利用监控ROM程序实现对单片机片内Flash的在线编程和应用。
关键词 Flash 在践编程 MC68HC908 用户模式 监控模式 ROM

    MC68HC908系列单片机的片内Flash可以在两种模式下在线编程：监控模式(monitor mode)和用户模式(usermode)。两种模式各有优缺点：监控模式需要外部硬件支持，但不需要单片机内部程序的存在，所以适合于对新出厂芯片进行编程写入，或是对芯片的整体擦除或写入；用户模式可以在单片机正常工作时进入，所以常用在运行过程中对部分Flash单元进行修改，特别适合于目标系统的动态程序更新和运行数据存储。在Freescale的许多文档中一再强调在用户模式下调用编程子例程之前，应该先将子例程复制到RAM中去，然后跳转到RAM执行；但是对于RAM区较少的单片机(如MC68HC908QY4)，必须利用监控ROM中固化的程序。对于这类单片机，即使是在监控模式下，RAM区同样是不够Flash编程使用的。因此，本文以MC68HC908QY4为例，为开发者提供一种在用户模式下，通过利用监控ROM中固化的程序实现对单片机片内Flash在线编程的方法。

1 Flash编程操作
    用户可以对Flash进行3种编程操作：整体擦除、页擦除和写入。MC68HC908系列单片机提供了闪速存储控制寄存器(FLCR)，Flash的写入和擦除操作都是通过设置FLCR中的控制位来完成的。
    目前在FLCR中只有4位是有效的：
    ◇HVEN(高压允许位)，用于将来自片内电荷泵的高压加到Flash阵列上；
    ◇MASS(整体擦除位)，用于选择擦除方式(=1为整体擦除，=0为页擦除)；
    ◇ERASE(擦除控制位)，用于选择擦除操作；
    ◇PGM(编程写入控制位)，用于选择编程写入操作。
    在对Flash进行编程操作时，必须注意两个单位——页(page)和行(row)。页多用在对Flash进行页擦除操作时，而行多用在对Flash进行编程写入时。对于不同型号的单片机，页和行的定义可能是不一致的(例如MC68HC908GP32，l页等于128字节，1行等于64字节；而对于MC68HC908JL3，l页等于64字节，1行等于32字节)；但总的来说，1页都等于2行。
    用户还可以选择对部分Flash进行编程保护。保护区的首地址由Flash块保护寄存器(FLBPR)设定，末地址则固定为$FFFF。受保护的Flash单元将无法被编程擦除或写入。以MC68HC908QY4为例，对Flash进行编程的具体操作步骤如下：
(1)页(整体)擦除操作
    ①置ERASE位为1(整体擦除的同时置MASS位为1)；
    ②读出Flash块保护寄存器；
    ③向被擦除的Flash页(整体擦除时为整个Flash区)内任意地址写入任意值；
    ④延时TDVS≥μs；
    ⑤置HVEN位为1；
    ⑥延时Terasc≥lms(整体擦除时为Tmerase≥4ms)；
    ⑦清ERASE位为O；
    ⑧延时Tnvh≥5μs(整体擦除时为Tnvh1≥lOOμs)；
    ⑨清HVEN位为O；
    ⑩延时Trcv≥1μs后，该Flash页(整体擦除时为整个F1ash区)可以被正常读取。
(2)写入操作
    QY4采用了以行为单位的写入方式，其他某些MC68HC908系列的单片机(如GP32)，则采用以页为单位的写入方式。
    ①置PGM位为1；
    ②读出Flash块保护寄存器；
    ③向行地址范围内任意Flash单元写入任意值；
    ④延时Tnvs≥10μs；
    ⑤置HVEN位为l；
    ⑥延时Tpgs≥5μs；
    ⑦向行内目标地址写入编程数据；
    ⑧延时Tprog≥40μs；
    ⑨重复①～⑧的步骤写入编程数据，直至同一行内各字节编程完毕；
    ⑩清PGM位为O；
    ⑾延时Tnvh≥5μs；
    ⑿清HVEN位为0；
    ⒀延时Trcv≥1μs以后，该Flash页可以被正常读取。

2 Flash的在线编程方法
    HC08系列MCU出厂时，Flash区包含了字节数不同的监控ROM程序。监控ROM程序包含了HC08系列所共有的基本子程序。在用户模式下，监控ROM程序所在的Flash空间可以很方便地读出。如果读者感兴趣编写一个读Flash的程序，再通过串口发送到计算机端，然后利用CodeWarrior中的反汇编程序将读出的代码反汇编，就可以很清楚地看出这些监控程序具体的执行过程。限于篇幅，本文对于程序本身不再一一列出，只在括号中注明各个程序的功能，并通过示例介绍如何使用ROM中的程序。下面以MC68HC908QY4为例，详细介绍如何通过ROM程序实现对Flash的在线编程。
2．1 程序中使用的变量
    表1详细列出了程序所定义变量的地址和功能。

2．2 基本的程序模块及其使用示例
    例1 GETBYTE 通过一个I／O引脚接收一个字节数据。
    如果该I／O引脚作为输入口，而且有上拉电阻，那么就可以调用GETBYTE。

   
    例2 RDVRRNG①读取Flash指定区间的数据，并将读到的数据发送到上位机；②读取Flash指定区间的数据，并与RAM中的数据表作比较。
    ①读取地址$F000～$F010的数据并发送。

   
    ②读取地址$E800～$E8lF中的数据并与RAM中的数据作比较。如果相同，则标志位C置位；否则，标志位C清零。

   
    例3 ERARNGE①页擦除；②整体擦除。
    ①擦除页#$EE00～#$EE3F。

   
    ②由于是整体擦除的，因此不需要末地址。程序只须将首地址存放到H：X寄存器中。示例将擦除#$F000～#$FFFF。

   
    JB8和JL／JKxx(E)的Flash保护寄存器(FLBPR)不在整个Flash中。由于只要系统上电复位，芯片便会根据FLBPR把某一块地址卒间保护起来，因此在使用这条指令之前首先要擦除FLBPR。
    例4 PRGRNGE将RAM中的一段数据下载到指定的Flash地址区间内。
    由于在下载程序到Flash之前，必须保证这一块地址空间是空的，所以PRGRNGE应该与ERARNGE结合使用；而且在调用PRGRNGE程序之前必须调用延时子程序DELNUS，用于产生适当的延时。对于几乎所有的HC08单片机，下载区间没有特定的限制，但是对于MC68HLC908QT/QYxx，下载区间必须在同一行内。

   

                
    例5 DELNUS用于产生适当的延时。
    DELNUS的两个参数分别存放在累加器A和X寄存器中，其中A>l，X>1。累加器A中的值为CPUSPD=4×fop。计算公式为DELNUS=3×A×X+8。示例中，已知延时为100μs，要求计算A和X的值。具体的运算过程如下：
    ①计算100μs的延时需要多少总线周期。
    Bus_cycle=100μs×8MHZ=800cycles
    ②计算A的数值。 A=CPUSPD=4×8=32
    ③计算DELNUS程序运行(1da、ldx、jsr)需要的周期数N。 N=2+2+5=9
    ④计算X的值。由方程DELNUS_100us=800=DELNUS+9=3×32×X+8+9，可得X=8，则程序为：

   

结语
    不同类型的单片机，各程序模块的入口地址不同，开发者可以查阅Freescale的技术资料，找出这些程序模块的入口地址。这里还有一点要说明：若要用这种方法对Flash进行在线编程，则该型MCU必须具有本文第2部分所描述的程序功能模块。本文的目的就是想以MC68HC908QY4为例，为开发者提供一种对片内Flash在线编程的方法，由此获得更多、更好的应用。