利用串口與并口實(shí)現(xiàn)51內(nèi)核單片機(jī)的在線編程

　　摘要：詳細(xì)說(shuō)明利用并口模擬I2C總線協(xié)議，實(shí)現(xiàn)Myson MTV230芯片的在線編程（ISP）過(guò)程，以及利用PC機(jī)的串口通信實(shí)現(xiàn)Winbond W78E516B的在線編程（ISP）過(guò)程；闡述PC機(jī)的串口與并口在單片機(jī)開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞：并口編程 串口通信 在線編程 ISP MTV230 W78E516B

引 言

1 在線編程簡(jiǎn)介

　　51內(nèi)核的單片機(jī)在線編程模式一般分為兩大類。一類是使用JTAG協(xié)議的在線編程模式。這類模式一般由廠家提供在線編程工具，使用方便。使用這一類模式的單片機(jī)價(jià)格往往較高，使用的廠商也不多，故不在本文的討論之列。另一類在線編程模式是使用一條特殊的指令，使單片機(jī)進(jìn)入在線編程模式。在進(jìn)入在線編程模式后，要自己控制對(duì)單片機(jī)的擦除寫入邏輯。這一類模式又可細(xì)分為兩種不同的模式：一是進(jìn)入在線編程模式后，單片機(jī)只是提供一個(gè)接口，不再運(yùn)行用戶的程序，擦寫邏輯全由上位機(jī)(PC)提供，如以下要討論的MTV230就屬于這種模式；另一類是進(jìn)入在線編程模式以后，芯片會(huì)運(yùn)行在某一區(qū)域的用戶編寫的程序，芯片的編程邏輯都由芯片中這段程序控制，上位機(jī)(PC)只是作為單片機(jī)的一個(gè)數(shù)據(jù)源，向單片機(jī)傳輸要擦寫的數(shù)據(jù)，如以下要討論的W78E516B。

2 利用并口對(duì)MTV230在線編程的實(shí)現(xiàn)

2.1 MTV230簡(jiǎn)介

　　MTV230是由Myson公司出品的一塊集成OSD功能的基于51內(nèi)核的芯片。它使用12MHz晶振時(shí)可以設(shè)置為倍頻工作，同時(shí)還集成了4路A/D和4路PWM DAC。其中最具競(jìng)爭(zhēng)力的便是它使用了Flash OSD字庫(kù)。與一般的OSD芯片不同，它的字庫(kù)不是掩膜在芯片中，用戶可以自己定制。該款芯片可以滿足視頻應(yīng)用中的控制需求，因而被廣泛應(yīng)用于視頻類產(chǎn)品中。

2.2 MTV230在線編程模式的進(jìn)入

　　要使MTV230具有在線編程的功能，可以添加一段程序在主應(yīng)用程序中。該程序用來(lái)響應(yīng)特定的單片機(jī)狀態(tài)，如某一特定引腳的電平變化，或是串口接收到特定的字符以確定是否要進(jìn)入在線編程模式。在執(zhí)行以下程序后，MTV230可以進(jìn)入在線編程模式[1]：

① 清看門狗，以防止在編程期間單片機(jī)被復(fù)位；

② 單片機(jī)的在線編程模式是在空閑狀態(tài)(idle)下進(jìn)行的，所以要關(guān)閉所有中斷，防止單片機(jī)被喚醒；

③ 由于MTV230在線編程時(shí)是作為I2C的從設(shè)備，因而要配置單片機(jī)的I2C從地址；

④ 向ISPEN寫入0x93，使能在線編程功能；

⑤ 進(jìn)入51的空閑模式，在線編程開(kāi)始。

具體程序如下：
WDT=0; //1
IE=0; //2
ISPSLV=0x7C; //3
ISPEN=0x93; //4
PCON=0x01; //5

　　 以上程序中1~5與上述說(shuō)明對(duì)應(yīng)。以上將I2C地址設(shè)置為0x7C。值得注意的是，設(shè)置I2C從地址時(shí)，最低兩位無(wú)效[1]。執(zhí)行完以上程序，單片機(jī)已經(jīng)變?yōu)橐粋€(gè)I2C從設(shè)備，將I2C中SCL與芯片的15腳相連，SDA與芯片的16腳相連，就可以用I2C協(xié)議，按一定的命令格式對(duì)芯片進(jìn)行在線編程。命令格式詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)[1]，在此不再贅述。

2.3 PC機(jī)I2C接口的實(shí)現(xiàn)

　　對(duì)MTV230進(jìn)行在線編程，就要實(shí)現(xiàn)I2C通信協(xié)議。作為對(duì)MTV230進(jìn)行編程的上位機(jī)PC來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)I2C有三種方法：

① 使用串口與單片機(jī)通信，再由單片機(jī)模擬I2C協(xié)議，成本高，I2C速度視使用的單片機(jī)而定；

② 對(duì)計(jì)算機(jī)的并口編程，模擬I2C協(xié)議，成本低，I2C速度一般；

③ 使用USB接口實(shí)現(xiàn)I2C協(xié)議，成本高，I2C速度快市場(chǎng)上可以買到。

　　由于MTV230進(jìn)行編程時(shí)，I2C時(shí)鐘速度最高為140kHz，速度要求不高，同時(shí)考慮到成本，決定使用方案②。

2.4 并口I2C硬件的實(shí)現(xiàn)

　　由于并口的每個(gè)引腳都是單向的，只能單向輸出或者單向輸入；而I2C又是一個(gè)雙向協(xié)議，SDA與SCL都要求既能輸入又能輸出(有時(shí)要獲取SCL當(dāng)前狀態(tài))，所以，SDA與SCL要分別各由一個(gè)輸出引腳與一個(gè)輸入引腳構(gòu)成。為了增加并口的驅(qū)動(dòng)能力與可靠性，設(shè)計(jì)電路如圖1所示。其中并口的2、12引腳構(gòu)成SDA腳，并口的3、10引腳構(gòu)成SCL腳。
　　　　　　　
2.5 并口I2C軟件的實(shí)現(xiàn)

　　在Win98中對(duì)并口的編程非常簡(jiǎn)單，通過(guò)在VC中內(nèi)嵌匯編，使用IN與OUT指令訪問(wèn)與并口相對(duì)應(yīng)的端口，設(shè)置相對(duì)應(yīng)端口的值中的位就可以控制相應(yīng)并口引腳的高低電平值。

例如：要將計(jì)算機(jī)并口1的第2引腳先置高再置低，匯編語(yǔ)言可以這樣寫：
MOV DX ， 0x378 ;設(shè)置端口地址
MOV AL ， 1 ;將待寫入的位0的值寫入AL中
OUT DX ， AL ;將值送到相應(yīng)端口
MOV AL ， 0
OUT DX ， AL

　　但在Win2000/XP中，由于系統(tǒng)加強(qiáng)了對(duì)硬件設(shè)備的保護(hù)，假如在程序中直接用IN與OUT指令訪問(wèn)并口，則會(huì)引發(fā)系統(tǒng)的非法操作；而并口訪問(wèn)又不像串口，直接可以使用Windows API函數(shù)，因而就必須使用驅(qū)動(dòng)程序。可以到www.sstnet.com網(wǎng)站上去下載DriverLINX Port I/O Driver并口驅(qū)動(dòng)程序。該程序可以免費(fèi)復(fù)制與分發(fā)。有了這個(gè)驅(qū)動(dòng)程序，在Win2000/XP下編寫并口程序就十分方便。安裝該驅(qū)動(dòng)程序后，在程序中包含相應(yīng)的dlportio.h與dlportio.lib后就可以用DlPortReadPortUchar(IN ULONG Port)來(lái)讀取端口的值(相當(dāng)于匯編中的IN指令)，用DlPortWritePortUchar(IN ULONG Port，IN UCHAR Value)來(lái)向一個(gè)端口寫一個(gè)特定的值(相當(dāng)于匯編中的OUT指令)。利用改變端口值中的一個(gè)位的值，可以使相應(yīng)并口引腳輸出高低電平，從而可以用其來(lái)模擬I2C協(xié)議，實(shí)現(xiàn)并口與單片機(jī)間的I2C通信。關(guān)于I2C協(xié)議，網(wǎng)上有很多資料，在此不再贅述。

2.6 程序說(shuō)明

　　如前文所述，MTV230在進(jìn)入在線編程模式后，就相當(dāng)于一個(gè)I2C從設(shè)備，編程邏輯全都由在PC上運(yùn)行的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。該程序采用VC6.0編寫。編程程序的主界面如圖2所示，主要模塊如表1所列。由于用并口模擬I2C對(duì)單片機(jī)編程，會(huì)使該線程暫時(shí)處在阻塞狀態(tài)，假如在主線程(UI)中實(shí)現(xiàn)該過(guò)程，則在對(duì)芯片編程時(shí)，程序的主界面就無(wú)法響應(yīng)用戶退出命令，所以采用了多線程程序結(jié)構(gòu)，在一個(gè)工作線程實(shí)現(xiàn)該過(guò)程，使用戶可以隨時(shí)退出編程過(guò)程。
　　　　　　　　　　
　　表1所列的頭三個(gè)類采用了層次設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)：上層類調(diào)用下層類，下層類為上層類提供接口，這樣設(shè)計(jì)保證了代碼的最大可重用性。舉例來(lái)說(shuō)，假如有另一芯片同樣是使用I2C接口進(jìn)行在線編程，則只要重寫MTVISP這個(gè)芯片的在線編程協(xié)議類就可以了；如果使用前面所述的并口實(shí)現(xiàn)方案1或3，只要重寫最底層的Parallel類便可。
　　　　　　　
　　程序工作線程的大致流程如圖3所示。
　　　　　　　　
　　程序的特色：

① 可以自己設(shè)置I2C速度的高低，模擬I2C的并口地址，以及使用并口的引腳。

② 可以選擇簡(jiǎn)單校驗(yàn)和完全校驗(yàn)，即對(duì)編程后的芯片是進(jìn)行內(nèi)部校驗(yàn)寄存器值的簡(jiǎn)單校驗(yàn)，還是將
芯片中的內(nèi)容全部讀出與編程文件進(jìn)行比較的完全校驗(yàn)。

③ 可以對(duì)芯片內(nèi)的程序區(qū)、OSD區(qū)進(jìn)行編程，還可以讀出這兩區(qū)的數(shù)據(jù)(只有對(duì)可以設(shè)定進(jìn)入在線編 程模式的程序才可以)。

④ 進(jìn)行燒寫的文件支持二進(jìn)制文件格式(*.bin)與Intel的Hex文件格式(*.hex)。

3 利用串口對(duì)W78E516B在線編程的實(shí)現(xiàn)

3.1 W78E516B簡(jiǎn)介

　　W78E516B是由Winbound公司出品的基于52內(nèi)核的高性能芯片，外部晶振可以達(dá)到40MHz，內(nèi)部具有64KB的程序區(qū)與4KB的引導(dǎo)程序區(qū)，以及256B的RAM區(qū)和256B的AUX-RAM區(qū)。AUX-RAM區(qū)相當(dāng)于外部存儲(chǔ)區(qū)，進(jìn)行寄存器設(shè)置后，用MOVX指令進(jìn)行訪問(wèn)。在Keil編譯器中，進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置便可使用pdata類型變量訪問(wèn)。

3.2 W78E516B在線編程模式的進(jìn)入

　　W78E516B在線編程模式的進(jìn)入可以分為兩種模式：一種為軟件模式，另一種為硬件模式。當(dāng)芯片進(jìn)入在線編程模式后，芯片會(huì)從現(xiàn)在的64KB程序區(qū)跳轉(zhuǎn)到4KB的引導(dǎo)區(qū)的0x00地址處去執(zhí)行程序。如前文所述，該類型芯片的在線編程邏輯都是由在這4KB引導(dǎo)區(qū)中的程序決定的，而上位機(jī)(PC)只是為在線編程提供一個(gè)數(shù)據(jù)源。

(1)軟件進(jìn)入模式

① 向CHPERN寄存器依此寫入0x87，0x59開(kāi)啟CHPCON寄存器的寫模式。

② 關(guān)閉中斷。

③ 向CHPCON寫入0x03表示進(jìn)行程序區(qū)編程。

④ 向CHPCRN寫入0x00關(guān)閉CHPCON寄存器寫模式。

⑤ 設(shè)置好定時(shí)器為延時(shí)12μs引發(fā)中斷。

⑥ 將單片機(jī)轉(zhuǎn)入空閑模式，開(kāi)啟中斷。
例如：將以下程序嵌入主循環(huán)中，當(dāng)串口收到字符“A”時(shí)便進(jìn)入在線編程模式：
if(B_Temp==‘A’{//B_Temp中存放從串口接收到的數(shù)
TR0=0; //停止定時(shí)器
TH0=TL0=256-250; //設(shè)置定時(shí)器定時(shí)值
CHPENR = 0x87; //開(kāi)啟CHPCON寫模式
CHPENR = 0x59;
CHPCON|=0x03; //開(kāi)啟編程功能
CHPENR=0x00; //關(guān)閉CHPCON寫模式
TR0=1; //開(kāi)啟定時(shí)器
PCON=0x01; //轉(zhuǎn)入空閑模式
}

(2)硬件進(jìn)入模式

　　如表2所列，將相應(yīng)引腳設(shè)置為相應(yīng)電平，在進(jìn)行復(fù)位以后也可進(jìn)入在線編程模式。值的注意的是，在芯片正常工作時(shí)應(yīng)避免誤入在線編程模式，否則后果不堪設(shè)想。表2中L代表低電平，X代表任意電平。
　　　　　　　　　　　　　　
3.3 W78E516B在線編程的實(shí)現(xiàn)

(1)單片機(jī)引導(dǎo)區(qū)程序

　　W78E516B在線編程邏輯主要在這部分程序中實(shí)現(xiàn)。在參考文獻(xiàn)[2]中的最后有一個(gè)示例程序，它是從外部的SRAM中讀取數(shù)據(jù)對(duì)64KB程序區(qū)進(jìn)行編程。將其改寫一下，變?yōu)閺拇谧x入數(shù)據(jù)。對(duì)程序區(qū)進(jìn)行更新，大致流程與示例程序相同，代碼也大致相同。有興趣的朋友可以自行閱讀文獻(xiàn)[2]中的程序源文件，在此只列出關(guān)鍵的更改處：
;使用24MHz晶振
;使用WAVE編譯程序
;其中R3存有待寫入數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)-1的高16位
;其中R4存有待寫入數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)-1的低16位
JMP PROG_D_64K
PADJUEST:
INC R2 ;將低位地址增加1
CJNE R2，#00H，PROG_D_64K
INC R1 ;低位進(jìn)位時(shí)將高位增加1
MOV SFRAH，R1 ;改變高位地址
PROG_D_64K:
MOV SFRAL，R2 ;將低位地址放入
JNB RI，$ ;從串口接收一個(gè)待寫入的字節(jié)
MOV A，SBUF
CLR RI
MOV SFRFD，A ;將待寫入的值放入
MOV TCON，#10H ;開(kāi)啟定時(shí)器
MOV PCON，#01H ;CPU進(jìn)入IDLE狀態(tài)(進(jìn)行編程)
CLR C ; 比較R3、R4，看是否寫入完成
MOV A，R4
SUBB A，R2
JNZ PADJUEST
CLR C
MOV A，R3
SUBB A，R1
JNZ PADJUEST

(2)PC機(jī)程序

　　PC機(jī)程序?yàn)閱纹瑱C(jī)提供一個(gè)數(shù)據(jù)源。該數(shù)據(jù)是通過(guò)PC機(jī)的串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。程序由VC6.0編寫，串口通信使用的是VC自帶的串口控件MSCOMM。由于MSCOMM的接收數(shù)據(jù)是以消息形式，同時(shí)在該程序中接收的數(shù)據(jù)量很小，而發(fā)送數(shù)據(jù)為阻塞模式，所以新開(kāi)一個(gè)工作線程用于發(fā)送數(shù)據(jù)，而接收數(shù)據(jù)與主線程合并。程序整體采用狀態(tài)機(jī)模式。單片機(jī)進(jìn)行擦除、編程、校驗(yàn)等各個(gè)狀態(tài)時(shí)，都通過(guò)串口向PC機(jī)發(fā)送狀態(tài)字，PC機(jī)通過(guò)接收狀態(tài)字來(lái)決定單片機(jī)現(xiàn)在的工作狀態(tài)，并決定要向單片機(jī)提供的數(shù)據(jù)。同時(shí)主線程中有一定時(shí)器，假如在特定時(shí)間內(nèi)單片機(jī)無(wú)應(yīng)答，或應(yīng)答有誤，則報(bào)錯(cuò)，停止單片機(jī)的編程過(guò)程。值得注意的是，由于使用了MSCOMM控件，在未裝VC6.0的機(jī)器上運(yùn)行該程序要將源文件SYSTEM目錄中的三個(gè)文件拷貝到system32系統(tǒng)目錄下。程序主界面如圖4所示。PC機(jī)與單片機(jī)通信的工作流程如圖5所示。
　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　
程序特色：
① 可以設(shè)定使用的串口與通信的波特率。(與其相應(yīng)的4KB引導(dǎo)區(qū)中的程序也要相應(yīng)修改)。
② 可以設(shè)定使單片機(jī)進(jìn)入在線編程模式的字符命令。
③ 進(jìn)行燒寫的文件支持二進(jìn)制文件格式(*.bin)與Intel的Hex文件格式(*.hex)。

4 結(jié) 論

　　使用并口模擬I2C程序可以方便地對(duì)板上的MTV230芯片進(jìn)行在線編程，使用串口為W78E516B提供數(shù)據(jù)源也可方便地對(duì)其進(jìn)行編程，兩者均經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，程序完全達(dá)到預(yù)期目的。使用芯片的在線編程技術(shù)，方便了芯片程序的更新，降低了產(chǎn)品的維護(hù)成本。