對MC68HC908內Flash在線編程的一種方法

MC68HC908系列單片機的片內Flash可以在兩種模式下在線編程：監控模式(monitor mode)和用戶模式(usermode)。兩種模式各有優缺點：監控模式需要外部硬件支持，但不需要單片機內部程序的存在，所以適合于對新出廠芯片進行編程寫入，或是對芯片的整體擦除或寫入；用戶模式可以在單片機正常工作時進入，所以常用在運行過程中對部分Flash單元進行修改，特別適合于目標系統的動態程序更新和運行數據存儲。在Freescale的許多文檔中一再強調在用戶模式下調用編程子例程之前，應該先將子例程復制到RAM中去，然后跳轉到RAM執行；但是對于RAM區較少的單片機(如MC68HC908QY4)，必須利用監控ROM中固化的程序。對于這類單片機，即使是在監控模式下，RAM區同樣是不夠Flash編程使用的。因此，本文以MC68HC908QY4為例，為開發者提供一種在用戶模式下，通過利用監控ROM中固化的程序實現對單片機片內Flash在線編程的方法。

1 Flash編程操作
用戶可以對Flash進行3種編程操作：整體擦除、頁擦除和寫入。MC68HC908系列單片機提供了閃速存儲控制寄存器(FLCR)，Flash的寫入和擦除操作都是通過設置FLCR中的控制位來完成的。
目前在FLCR中只有4位是有效的：
◇HVEN(高壓允許位)，用于將來自片內電荷泵的高壓加到Flash陣列上；
◇MASS(整體擦除位)，用于選擇擦除方式(=1為整體擦除，=0為頁擦除)；
◇ERASE(擦除控制位)，用于選擇擦除操作；
◇PGM(編程寫入控制位)，用于選擇編程寫入操作。
在對Flash進行編程操作時，必須注意兩個單位――頁(page)和行(row)。頁多用在對Flash進行頁擦除操作時，而行多用在對Flash進行編程寫入時。對于不同型號的單片機，頁和行的定義可能是不一致的(例如MC68HC908GP32，l頁等于128字節，1行等于64字節；而對于MC68HC908JL3，l頁等于64字節，1行等于32字節)；但總的來說，1頁都等于2行。
用戶還可以選擇對部分Flash進行編程保護。保護區的首地址由Flash塊保護寄存器(FLBPR)設定，末地址則固定為$FFFF。受保護的Flash單元將無法被編程擦除或寫入。以MC68HC908QY4為例，對Flash進行編程的具體操作步驟如下：
(1)頁(整體)擦除操作
①置ERASE位為1(整體擦除的同時置MASS位為1)；
②讀出Flash塊保護寄存器；
③向被擦除的Flash頁(整體擦除時為整個Flash區)內任意地址寫入任意值；
④延時TDVS≥μs；
⑤置HVEN位為1；
⑥延時Terasc≥lms(整體擦除時為Tmerase≥4ms)；
⑦清ERASE位為O；
⑧延時Tnvh≥5μs(整體擦除時為Tnvh1≥lOOμs)；
⑨清HVEN位為O；
⑩延時Trcv≥1μs后，該Flash頁(整體擦除時為整個F1ash區)可以被正常讀取。
(2)寫入操作
QY4采用了以行為單位的寫入方式，其他某些MC68HC908系列的單片機(如GP32)，則采用以頁為單位的寫入方式。
①置PGM位為1；
②讀出Flash塊保護寄存器；
③向行地址范圍內任意Flash單元寫入任意值；
④延時Tnvs≥10μs；
⑤置HVEN位為l；
⑥延時Tpgs≥5μs；
⑦向行內目標地址寫入編程數據；
⑧延時Tprog≥40μs；
⑨重復①～⑧的步驟寫入編程數據，直至同一行內各字節編程完畢；
⑩清PGM位為O；
⑾延時Tnvh≥5μs；
⑿清HVEN位為0；
⒀延時Trcv≥1μs以后，該Flash頁可以被正常讀取。

2 Flash的在線編程方法
HC08系列MCU出廠時，Flash區包含了字節數不同的監控ROM程序。監控ROM程序包含了HC08系列所共有的基本子程序。在用戶模式下，監控ROM程序所在的Flash空間可以很方便地讀出。如果讀者感興趣編寫一個讀Flash的程序，再通過串口發送到計算機端，然后利用CodeWarrior中的反匯編程序將讀出的代碼反匯編，就可以很清楚地看出這些監控程序具體的執行過程。限于篇幅，本文對于程序本身不再一一列出，只在括號中注明各個程序的功能，并通過示例介紹如何使用ROM中的程序。下面以MC68HC908QY4為例，詳細介紹如何通過ROM程序實現對Flash的在線編程。
2．1 程序中使用的變量
表1詳細列出了程序所定義變量的地址和功能。

2．2 基本的程序模塊及其使用示例
例1 GETBYTE 通過一個I／O引腳接收一個字節數據。
如果該I／O引腳作為輸入口，而且有上拉電阻，那么就可以調用GETBYTE。

例2 RDVRRNG①讀取Flash指定區間的數據，并將讀到的數據發送到上位機；②讀取Flash指定區間的數據，并與RAM中的數據表作比較。
①讀取地址$F000～$F010的數據并發送。

②讀取地址$E800～$E8lF中的數據并與RAM中的數據作比較。如果相同，則標志位C置位；否則，標志位C清零。

例3 ERARNGE①頁擦除；②整體擦除。
①擦除頁#$EE00～#$EE3F。

②由于是整體擦除的，因此不需要末地址。程序只須將首地址存放到H：X寄存器中。示例將擦除#$F000～#$FFFF。

JB8和JL／JKxx(E)的Flash保護寄存器(FLBPR)不在整個Flash中。由于只要系統上電復位，芯片便會根據FLBPR把某一塊地址卒間保護起來，因此在使用這條指令之前首先要擦除FLBPR。
例4 PRGRNGE將RAM中的一段數據下載到指定的Flash地址區間內。
由于在下載程序到Flash之前，必須保證這一塊地址空間是空的，所以PRGRNGE應該與ERARNGE結合使用；而且在調用PRGRNGE程序之前必須調用延時子程序DELNUS，用于產生適當的延時。對于幾乎所有的HC08單片機，下載區間沒有特定的限制，但是對于MC68HLC908QT/QYxx，下載區間必須在同一行內。

例5 DELNUS用于產生適當的延時。
DELNUS的兩個參數分別存放在累加器A和X寄存器中，其中A>l，X>1。累加器A中的值為CPUSPD=4fop。計算公式為DELNUS=3AX+8。示例中，已知延時為100μs，要求計算A和X的值。具體的運算過程如下：
①計算100μs的延時需要多少總線周期。
Bus_cycle=100μs8MHZ=800cycles
②計算A的數值。 A=CPUSPD=48=32
③計算DELNUS程序運行(1da、ldx、jsr)需要的周期數N。 N=2+2+5=9
④計算X的值。由方程DELNUS_100us=800=DELNUS+9=332X+8+9，可得X=8，則程序為：

結語
不同類型的單片機，各程序模塊的入口地址不同，開發者可以查閱Freescale的技術資料，找出這些程序模塊的入口地址。這里還有一點要說明：若要用這種方法對Flash進行在線編程，則該型MCU必須具有本文第2部分所描述的程序功能模塊。本文的目的就是想以MC68HC908QY4為例，為開發者提供一種對片內Flash在線編程的方法，由此獲得更多、更好的應用。