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1 概 述 P89C51RD2是PHILIPS公司內核基于8位80C51單片機的派生產品，在完全保留80C51指令系統和硬件結構的大框架下，進行了多方面的加強、擴展和創新，最大限度地利用了原有結構的方方面面。P89C51RD2將原有的對外數據和程序存儲器的16位尋址機制加以利用，把片上的RAM擴展到1KB、片上的FLASH EPROM擴展到64KB，滿足當今用嵌入式高級語言對片上大存儲容量的需要。 P89C51RD2最顯著的特點莫過于其ISP（In-System Programming，在系統可編程）功能和IAP（In-Application Programming，在應用可編程）功能。ISP指電路板上的空白器件可以編程寫入最終用戶代碼，而不需要從電路板上取下器件，已經編程的器件也可以用ISP方式擦除或再編程。IAP指MCU可以在系統中獲取新代碼并對自己重新編程，即可用程序來改變程序。ISP和IAP技術是未來儀器儀表的發展方向。PHILIPS公司為了使ISP技術和IAP技術得以推廣，在芯片上免費提供了Boot ROM固件，并且巧妙地解決了固件和FLASH的地址覆蓋問題及一些具體實現細節問題，使它們的實現變得簡單而現成。 對于Boot ROM中的內容，PHILIPS公司是不公開的。但很多技術人員對于Boot ROM固件中ISP(IAP)功能的實現非常感興趣。就ISP狀態而言，上位機直接跟Boot ROM固件中的程序打交道，因此，必須根據PHILIPS公司提供的流程和協議來編制上位機程序，至于Boot ROM內部是如何實現ISP功能的，則不得而知。如果能夠搞明白ISP功能實現的具體方法，則對于上位機軟件的編制是大有好處的。以下是對Boot ROM中有關ISP功能實現所作的一些初步探討。 2 Boot ROM固件代碼的讀出方法 要對其 ISP功能進行分析，必須讀出Boot ROM中的源代碼。為此，必須弄清楚Boot ROM空間和FLASH空間的關系。P89C51RD2采用了最先進的FLASH（快閃）EPROM，其容量為64KB，并且分成8KB和16KB的存儲塊。我們知道，80C51系列8位單片機的最大尋址能力就是64KB，FLASH EPROM已經將全部尋址空間占據。同時，PHILIPS公司為P89C51RD2在片內提供了一個名叫引導ROM(Boot ROM)的1KB的固件。固件上有引導裝載程序，可以接收主機經串口傳來的命令和數據（如經PC機的RS-232C口），這個固件是放在64KB程序存儲器的最高端的，與片內FLASH地址0FC00H"0FFFFH相覆蓋。兩者之間的切換是通過特殊功能寄存器AUXR1的ENBOOT位來進行的。 ENBOOT=1 地址在0FC00H"0FFFFH范圍，尋址到固件 ENBOOT=0 地址在0FC00H"0FFFFH范圍，尋址到FLASH 既然當ENBOOT=1時，能夠尋址到固件，則利用程序就可以將固件代碼讀出。下面是實現代碼讀出時的硬件部分和軟件部分。 （1）硬件部分 為了讀出Boot ROM中的內容，必須給P89C51RD2搭一個包括復位、晶振和串口通信功能的基本硬件系統。ICL232為單電源串口轉換芯片，可以完成TTL電平與RS-232C電平之間的轉換。 （2）軟件編制 編制軟件的目的，是為了從Boot ROM中讀出源代碼，并送往上位機顯示。為了使用現成的軟件（如超級終端），程序中將讀出的二進制代碼轉換成ASCII碼，并組成HEX文件格式直接傳給上位機，這樣，將顯示的內容存盤并反匯編，就可以對Boot ROM中的內容進行分析。由于程序中涉及到二進制轉換成HEX文件格式，故將有關HEX文件格式的有關內容表述如下： HEX文件的INTEL格式，是INTEL公司提出的按地址排列的數據信息，數據寬度為字節，所有數據使用十六進制數字表示，如Boot ROM從地址FC00H開始的前16個數據為（已經轉換成ASCII碼）： 75 89 02 75 C8 30 E4 F5 CD F5 CC 30 B0 FD 20 B0（十六進制） 則轉換成HEX文件格式為： ：10FC000075890275C830E4F5CDF5CC30B0FD20B073 "："符號表明記錄的開始；后面的2個字符表明記錄的長度，這里是10H，即16個十六進制數字；后面的4個字符給出調入的地址，這里是FC00H；再后面的2個字符表明記錄的類型，00表示數據記錄，01表示記錄文件結束；再后面的16個數據即為真正的數據記錄；最后的2位73是校驗和，它加上前面所有的數據和為0。 所有HEX格式文件的最后一行為結尾行，它比較特殊，總是如下所示： :00000001FF 讀Boot ROM代碼的主程序編制如下： AUXR1 EQU 0A2H ；特殊功能寄存器 BOOT_ROM EQU 0FC00H ；Boot ROM的起始地址 DAT_BUFFER EQU 30H ；數據暫存器 DAT_SUM EQU 31H ；校驗和 ORG 0000H AJMP START ORG 0030H START: MOV SP,#50H MOV SCON,#50H MOV T2CON,#30H ；以T2作為波特率發生器 MOV TL2,#0E0H ；波特率為2400 bps MOV TH2,#0FEH MOV RCAP2L,#0E0H MOV RCAP2H,#0FEH SETB TR2 ；啟動T2 MAIN: LCALL READ_ROM ；Boot ROM內容讀出子程序 LCALL SEND_END ；結尾行送出子程序 AJMP $ 主程序中用到了兩個子程序：READ_ROM和SEND_END。 READ_ROM子程序功能：從FC00H開始將代碼讀出，將其轉變成ASCII碼并拼湊成HEX文件記錄的形式傳給上位機。 讀Boot ROM代碼所調用的子程序網上查找下。 3 Boot ROM固件的功能分析 通過對Boot ROM中的程序進行分析，可以對ISP的有關指令進行更深入的理解，在一些編程方法上也可以向國外學習。下面對ISP的有關知識點進行闡述。 3.1 關于自動確定波特率 PHILIPS給出的ISP功能的第一個步驟為：上位機向下位機發送一個大寫的英文字符"U"，供下位機確定波特率。 3.1.1 工作原理 大寫的英文字符"U"有它的特殊性，它的ASCII碼為55H，轉換成二進制為"01010101B"，也就是說它是一個"0"、"1"相間的數據。如果能夠算出其一個位的傳輸時間tp，則對應的波特率就可以計算出來。 3.1.2 tp對應的計數值 首先看一下在Boot ROM中是如何計算一個位所對應的計數值的。以下為Boot ROM從地址FC00H "FC17H之間的源代碼及反匯編程序： 源代碼 反匯編程序 FC00 75 89 02 MOV TMOD,#02H ;T1工作模式2，定時器 FC03 75 C8 30 MOV T2CON,#30H ;T2工作為串行口波特 ;率發生器 FC06 E4 CLR A FC07 F5 CD MOV TH2,A FC09 F5 CC MOV TL2,A ;T2=0000H FC0B 30 B0 FD JNB P3.0,$ ;若P3.0=0，則等待， ;直到其變為1 FC0E 20 B0 FD JB P3.0,$ ;若P3.0=1，則等待， ;直到下降沿到來 FC11 D2 CA SETB TR2 ;啟動T2定時器 FC13 30 B0 FD JNB P3.0,$ ;若P3.0=0，則等待， ;直到上升沿到來 FC16 C2 CA CLR TR2 ;關閉T2定時器，此時 ;T2中的數值為tp 首先將T2清0，然后測下降沿，測到下降沿后，開始置TR2=1，T2開始計數，等測到上升沿后，置TR2=0，停止計數，則此時T2中為傳送1bit （低電平）的計數值。以波特率2400 bps為例，則傳送1bit所用的時間為1/2400 s，即416.67μs。P89C51RD2主頻為11.0592 MHz，再由PHILIPS公司的數據手冊可知，當T2工作于波特率發生器模式時，OSC未經分頻直接進入T2計數器，由此可得在tp時間內T2的理論計數值為：(T2)=0.000 416 67×110 592 00= 4608(十進制)=1200H。在這里，特別要強調的是：該數只是一個理論值。對波特率為2400 bps時的實際值進行測試，發現實測值為11FAH左右。不管怎樣測，實測值總是小于理論值6個數左右。這個數據為下面的波特率計算提供了重要依據。 3.1.3 波特率的計算 程序中對波特率的計算頗有特色，下面是地址FC18H"FC36H之間的源代碼和反匯編程序： 源代碼 反匯編程序 FC18 E5 CC MOV A,TL2 FC1A C4 SWAP A FC1B 54 0F ANL A,#0FH ;取TL2高4位 FC1D F8 MOV R0,A FC1E E5 CD MOV A,TH2 FC20 C4 SWAP A FC21 54 F0 ANL A,#0F0H;取TH2低4位 FC23 48 ORL A,R0 FC24 F8 MOV R0,A ;組合后送入R0 FC25 E5 CD MOV A,TH2 FC27 C4 SWAP A FC28 54 0F ANL A,#0FH ;取TH2高4位 FC2A F9 MOV R1,A FC2B E8 MOV A,R0 ;以上程序實現T2中數據除以 ;16，送R1和R0保存 FC2C F4 CPL A ;低位取反 FC2D F5 CC MOV TL2,A FC2F F5 CA MOV RCAP2L,A FC31 E9 MOV A,R1 FC32 F4 CPL A ;高位取反 FC33 F5 CD MOV TH2,A FC35 F5 CB MOV RCAP2H,A 上述程序就是將tp對應值轉換成波特率的程序，先來看一下波特率是怎樣定義的。定時器2工作在波特率發生器模式，外部時鐘信號由T2腳進入，波特率為 （1） 所以程序中首先將T2中的計數值進行處理，相當于右移4位，將低4位去掉，11FAH變為011FH，對應式（1）中除以16，送R1和R0保存，然后將R1和R0中的值取反，其值為FEE0H。該值恰恰與根據式（1）計算出的數值相同。將該數值送T2和RCAP2，即得2400bps對應的賦值。 3.1.4 波特率的校驗 在波特率確定以后，首先設定TR2=1以啟動波特率，并對串口控制字進行設定。然后，程序對其進行校驗。方法是接收上位機的數據并以設定波特率回送該值，一方面通知上位機送出和接收的數據是否相同，如果相同，則上位機認為下位機的波特率設置正確，通信成功；另一方面程序也將接收的數據?quot;U" 的ASCII碼相對照，如果相等，則往下執行，如果不等，則繼續重復上述過程，直到成功為止，否則進入死循環，只有程序復位才能退出。下面是其源程序與反匯編程序（FC37H至FC40H）： 源代碼 反匯編程序 FC37 D2 CA SETB TR2 FC39 75 98 52 MOV SCON,#52H ;方式1，TI=1 FC3C 91 A0 RREV0: ACALL REV_SEND0 FC3E B4 55 FB CJNE A,#55H,RREV0 ;判斷A="U"? 其中，REV_SEND0子程序的功能是接收一個數據并回傳給上位機。由上述程序可以看出，實際上要通信成功，上位機至少要向下位機發送兩個"U"：第一個用于確定波特率，另一個用于校驗波特率，并且這兩個字符之間必須隔一段時間，以便于波特率計算完畢并有效。所以，有關手冊中關于ISP第一步要發送一個"U"來確定波特率的說法本身沒有錯，但如果在編制上位機程序時，僅僅發送一個"U"是不能夠通信成功的，特提醒讀者注意。 3.2 命令字的接收 在通信成功后，就可以接收ISP的命令字了。 3.2.1 ISP命令格式說明 ISP編程由Boot ROM中的一系列引導子程序完成。這些子程序采用Intel-Hex記錄格式接收PC主機的命令和數據。Intel-Hex記錄格式上面已經有所介紹，其命令格式為 :NNAAAARRDD…DDCC 其中，:NNAAAA以及DDCC的含義皆與上面論述的相同，只需對"RR"作以下說明： "RR"表示記錄類型，其中 00--數據記錄，即傳編程數據并完成編程； 01--文件結束標志； 02--指定振蕩器頻率； 03--雜項編程功能，和后面的數據相配合完成擦除、加密等功能； 04--顯示指定地址端FLASH的數據或做空白檢查； 05--各種讀功能。 3.2.2 命令字的處理 為了更容易看懂，將使用的通用寄存器和部分地址進行代換如下： DATA_ADDRL EQU 30H DATA_ADDRH EQU 31H DATA_SUM EQU 32H DATA_LEN EQU 33H DATA_FOSC EQU 34H DATA_MODE EQU 35H DATA_BUFFER EQU 36H REV_DAT_ADDR EQU 80H 下面來看一下Boot ROM中的源代碼與反匯編程序。 源程序 反匯編程序 FC41 75 32 00 MAIN: MOV DATA_SUM,#00H;校驗和 FC44 91 A0 ACALL REV_SEND0 FC46 B4 3A F8 CJNE A,#3AH,MAIN;判斷A=":"? FC49 91 79 ACALL REV_DAT1_SUM FC4B 85 36 33 MOV DATA_LEN,DATA_BUFFER ;33H字節數 FC4E 91 79 ACALL REV_DAT1_SUM FC50 85 36 31 MOV DATA_ADDRH,DATA_ BUFFER ;31H數據首地址高8位 FC53 91 79 ACALL REV_DAT1_SUM FC55 85 36 30 MOV DATA_ADDRL,DATA_ BUFFER ;30H數據首地址低8位 FC58 91 79 ACALL REV_DAT1_SUM FC5A 85 36 35 MOV DATA_MODE,DATA_ BUFFER ;35H數據操作類型 FC5D E5 33 MOV A,DATA_LEN FC5F FA MOV R2,A ;循環接收數據指針 FC60 60 09 JZ RREV3 ;字節數=0 轉RREV3 FC62 79 80 MOV R1,#REV_DAT_ADDR FC64 91 79 RREV2: ACALL REV_DAT1_SUM FC66 A7 36 MOV @R1,DATA_MODE FC68 09 INC R1 FC69 DA F9 DJNZ R2,RREV2 FC6B AC 32 RREV3: MOV R4,DATA_SUM ;校驗和 FC6D 91 79 ACALL REV_DAT1_SUM FC6F EC MOV A,R4 FC70 B5 36 02 CJNE A,DATA_BUFFER,RREV4 ;校驗和不等轉 FC73 81 BF AJMP RUN_MODE FC75 74 58 RREV4：MOV A,#58H ; A="X" FC77 81 FA AJMP SEND_DT 首先，對程序中用到的子程序作如下的說明。 REV_SEND0子程序：接收1個數據并回傳給上位機； REV_DAT1_SUM子程序：接收2個ASCII字符并回傳，將2個ASCII碼合成1字節二進制數并計算校驗和； SEND_DT：該地址執行送字符"X"給上位機； RUN_MODE：該地址解釋并執行命令字。 對上段程序分析如下：首先，將校驗和單元清零，開始接收第1個ASCII碼，并判斷是否為"："。如果是，則說明是一個命令字的開始，下面便依次接收字節數DATA_LEN、數據首地址高8位DATA_ ADDRH、數據首地址低8位DATA_ADDRL和數據操作類型DATA_MODE。這跟其命令字格式是完全對應的。然后，程序根據接收數據字節數 DATA_ LEN來決定下面的數據接收，并將接收的數據存儲在從80H開始的內部數據存儲器中，以備下一步的處理。最后，進入校驗和的接收，將程序計算所得的校驗和與上位機傳輸的校驗和作比較，如果不等，回傳"X"字符，通知上位機進行異常處理；如果相等，則轉入相應的命令執行。 3.3 命令的執行 命令解釋和執行的源代碼和反匯編程序如下： 源程序 反匯編程序 FCBF E5 35 RUN_MODE: MOV A,DATA_MODE ;35H數據操作類型 FCC1 23 RL A ;A=A*2 FCC2 90 FC C6 MOV DPTR,#BASE_ADDR ;程序散轉 FCC5 73 JMP @A+DPTR FCC6 81 D4 BASE_ADDR: AJMP PRO_DATA ;00=傳送編程數據并完成編程 FCC8 81 F8 AJMP SEND_CHAR_OK ;01=傳文件結束符 FCCA 81 FE AJMP SETUP_FOSC ;02=指定振蕩器頻率 FCCC A1 70 AJMP MPRO_DAT ;03=雜項編程功能 FCCE A1 04 AJMP READ_CHECK ;04=顯示指定地址段FLASH數據或查空 FCD0 A1 9F AJMP READ_DATA ;05=各種讀功能 FCD2 A1 B3 AJMP SETUP_BPS ;06=直接裝載波特率 在正確地接收命令后，通過DATA_MODE項（即命令格式中的RR）來判斷功能并轉入相應的程序。程序中對每一個跳轉地址都作出了相應的注釋。 4 幾點說明 ① 上述帶源代碼的程序均是Boot ROM中反匯編得來的，并且大部分是連續的。這一點可以從地址分布上看出來，讀者可以將其合并在一起看，相信可以加強理解。有興趣的讀者也可以參照以上給出的方法將全部代碼讀出，電路圖和源程序幾乎都不必重編了。 ② Boot ROM中既包括了ISP的程序，也包括了IAP的程序。限于篇幅，只給出了ISP的部分源程序，部分子程序只作了說明而未列出源程序。 |
