基于MTV412微控制器1对8的ISP系统

引 言

随着微控制器应用领域的不断扩展和深入，越来越多种类的微控制器具有ISP(In System Programming，在系统编程)功能。使用ISP可以使工厂在产品设计、制造过程中不必把微控制器从目标板中拔出，通过I2C实现在线体上程序升级。目前，在国内一线工厂，主设备(上位机)一般都用PC，这样不仅浪费资源，而且灵活性较差；同时由于在线体上只能对单个从设备进行程序更新，严重影响了工厂的生产效率。为此，本文设计了一种基于MTV412微控制器的1对8的ISP系统，主设备采用Myson公司的MTV412，可以同时对8台从设备进行在线程序更新。
   目前，51内核的微控制器ISP模式一般分为两大类：一类是使用JTAG协议的ISP模式；另一类：ISP模式是使用一条特殊的指令，使单片机进入ISP。在进入ISP模式后，要自己控制对单片机的擦除写入逻辑。这一类模式又可细分为2种不同的模式：①进入ISP模式后，单片机只提供一个接口，不再运行从设备的程序，擦写逻辑全由主设备提供，本系统中MTV412和MTV312就属于这种模式；②进入ISP模式以后，从设备会运行在某一区域已经编写的程序，芯片的编程逻辑都由芯片中这段程序控制，主设备只是作为单片机的一个数据源，向单片机传输要擦写的数据，如Winbond公司的W79E632。
   1 背景介绍
   1.1 MTV412和MTV312
   MTV412和MTV312是台湾Myson公司的产品，主要是面向LCD Monitor和LCD TV的视频控制IC。该款芯片可以满足视频应用中的控制需求，因而被广泛应用于视频类产品中，在本系统中，主设备采用的是128 KBMTV412微控制器。从设备采用MTV312，是64 KB的带有ISP功能的51系列8位微控制器。
   1.2 编译环境Keil C51
   Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。它是一种专门为805l单片机设计的高效率的C语言编译器，符合ANSI标准，生产的程序代码运行速度极高，所需要的存储空间极小，完全可以和汇编语言相媲美。Cx51已被完全集成到一个功能强大的全新集成开发环境uVision2中。uVision2提供了强大的项目管理功能，可以十分方便地进行结构化多模块程序设计。本系统主设备的源代码通过Keil C51编译获得烧写所需的HEX或者BIN文档。
   1.3 切换Bank原理
   传统的51系列单片机是8位的，因此它最多可以访问64 KB地址空间，如果要用51系列的单片机访问128KB的空间，那么就必须用切换Bank的方法。一个Bank是64 KB，通过外部的硬件来选择对应的Bank。本系统中，MTV412就是通过切换Bank的方法来在线升级ISP从设备程序的。MTV412切换Bank是通过P3.5完成的。通过设置P3.5不同的电平，切换到不同的Bank区域，如果要进行4个Bank的切换，必须要由2个端口来控制。图1为MTV412的128 KB的存储空间分配。其中：Common区域用于存放上电复位程序、中断向量、全局变量、中断函数、切换Bank程序和库函数等；Bank区域用于存放一些不同的应用函数。
   
   如图2所示，本系统把MTV412的128 KB Falsh分为Bank0和Bankl，大小各40 KB。在Keil C51编辑器中，必须加入L51_BANK.A51汇编文件，它包含系统的Bank数目和切换Bank调用的函数和端口。
   
   
   2 系统构架
   系统架构如图3所示。首先，将从设备MTV312的文件通过Keil C51生成64 KB的HEX或者BIN文档；然后，再把主设备MTV412的文件通过Keil C5l生成128 KB的HEX或者BIN文档；最后，把从设备MTV312的BIN或者HEX分成两个32 KB，分别放在主设备MTV412 128 KB的8000H和18000H开始的位置。文件的地址空间分配如图4所示。
   


   通过PC或者烧录器直接把程序烧录到MTV412上。这样MTV412就可以脱离PC，通过I2C直接对从设备在生产线体上进行ISP。
   2.1 硬件实现
   主设备MTV412的硬件电路如图5所示。P6口作为SCL，P1作为SDA。因为P6是单向口，P1是双向口，SDA不仅要输出数据，还要接收ACK。P1对应8个从设备的SDA，P6对应8个从设备的SCL。MTV412的多功能口P3.0和P3.1既可以作为普通的I／O口，也可以作为I2C的SCL和SDA，或者串口RXD和TXD。本系统设为I2C端口，可以通过PC直接更新MTV412上的程序。
   
   2.2 软件实现
   主设备MTV412有128 KB的Flash空间。其中，Bank0(32 KB)和Bankl(32 KB)存储对应的从设备MTV312的程序数据和调用函数func0和funcl。Com- mon区域放置与从设备通信的程序，模拟ISP过程。在main函数中通过调用func0和func1，把对应的Bank0和Bank1从8000H开始的内容放入缓存区，每次读取256字节，然后在Common区中进行ISP。
   ISP时，从设备64 KB程序数据分成256个block，每个block为256字节。
   ISP过程如图6所示。
   
   
   ①进入ISP：发送I2C start→发送0x4C→发送0x77→发送I2C stop。
   ②清除Flash(硬件清除Flash)：发送I2C start→发送0x7C→发送0x68和0x00→发送0x7C→发送0x00，0x00→delay 1 s→发送I2C stop。
   ③清除CRC寄存器：发送I2Cstart→发送0x7c→发送0xD0→发送I2C stop。
   ④Flash编程：发送I2C start→发送0x7C→发送0xA0，block起始地址(0x00～0xff)→发送I2C stop→循环256次(发送I2C start→发送地址0x00→发送256字节数据→发送I2C stop)。
   ⑤校验CRC：发送I2C start→发送0x7C→接收4字节CRC校验值→与软计算的CRC值比较。若相等，则发送I2C stop；否则，重新Flash编程。
   ⑥复位：发送I2C start→发送0x7C→发送0x48和0x00→发送I2C stop。
   要使从设备MTV312具有ISP的功能，须添加一段程序在从设备的主应用程序中。该程序用来响应多功能口SCL和SDA(RXD，TXD)的电平变化。在执行以下程序后，MTV312进入ISP模式：
   void Intlsp(void)interrupt 2{／／从设备MTV312外部中断1
   
   结 语
   该系统的实现方法比较简单，可以脱离PC独立运行，同时给工厂提供更为简单、方便的在线ISP。主设备可以在线体上对从设备进行批量编程，值得在一线工厂推广使用。