背景

? 如果對ST公司的μPSD器件有一定了解，熟悉MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理，使用過PSDSOFT EXPRESS和KEIL開發(fā)設(shè)計(jì)，將對理解本文有很大的幫助。

? MCS-51單片機(jī)采用哈佛結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，即數(shù)據(jù)存儲器空間與程序存儲器空間互相獨(dú)立。它有16根地址總線，最大尋址能力為64K，這決定程序或數(shù)據(jù)空間不能超過64K。以上兩點(diǎn)是本文所有討論的前提基礎(chǔ)。

μPSD的存儲器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
? μPSD由標(biāo)準(zhǔn)8032核和ST公司的PSD（可編程系統(tǒng)器件）構(gòu)成，存儲器系統(tǒng)包含兩個(gè)主要部分，一是8032的內(nèi)部存儲器資源：256B內(nèi)部RAM和128B內(nèi)部特殊功能寄存器SFR；二是PSD中的存儲器模塊：主/次FLASH存儲器，擴(kuò)展的SRAM及控制PSD的CSIOP（Chip-Select I/O Port，類似于8051的SFR）。μPSD的主/次FLASH是完全相同的存儲介質(zhì)（早期的PSD813F1中的次存儲器是EEPROM結(jié)構(gòu)的），是兩個(gè)獨(dú)立的存儲器。主FLASH通常分4～8塊，每塊16～32kb；次FLASH通常分2～4塊，一般每塊為8kb。μPSD中使用譯碼可編程譯碼邏輯陣列（DPLD），頁寄存器PAGE，存儲器控制寄存器VM，聯(lián)合實(shí)現(xiàn)對存儲器系統(tǒng)的配置。

關(guān)于IAP和分頁技術(shù)
? 為什么μPSD中要有兩個(gè)FLASH？簡單地說，這是為了實(shí)現(xiàn)IAP而設(shè)計(jì)的。IAP就是 “在應(yīng)用中編程或升級代碼”，其原理是：單片機(jī)中裝有一套用戶程序和一套代碼更新程序。正常情況下，單片機(jī)運(yùn)行的是用戶程序；在需要程序升級時(shí)，系統(tǒng)會切換到代碼更新程序，通過串口或其他通信口下載新的用戶程序代碼，并寫入到原來的用戶程序存儲器中，更新完成后，再切換回至用戶程序。基于MCS-51系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在同一個(gè)存儲器中運(yùn)行主程序和改寫程序是不可能實(shí)現(xiàn)的。所有用MCS-51來實(shí)現(xiàn)IAP功能的系統(tǒng)都必須有兩個(gè)獨(dú)立的存儲器。實(shí)現(xiàn)IAP的難點(diǎn)在于存儲器的切換控制，體現(xiàn)在μPSD中主要就是如何使用VM寄存器以及如何對存儲器的片選控制。

? 此外，隨著應(yīng)用要求越來越高，代碼長度不斷增加，64K的限制已經(jīng)成為設(shè)計(jì)中的瓶頸。許多軟/硬件供應(yīng)商都竭力推出自己的方案以實(shí)現(xiàn)MCS-51對大于64K的支持，分頁技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

? 分頁設(shè)計(jì)中最重要的就是公共區(qū)和分頁區(qū)的設(shè)置，所謂公共區(qū)就是在所有的頁面中均為有效的一塊存儲器區(qū)。在程序空間中，64K范圍（1頁）內(nèi)的程序是連續(xù)的，一旦超過此范圍，只保留低16位，最高位將被丟棄，程序會跳回開始處運(yùn)行。保證程序在頁面切換時(shí)不會“跑飛”就是通過公共區(qū)實(shí)現(xiàn)的。分頁技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法是：當(dāng)程序在調(diào)用位于分頁區(qū)的程序時(shí)，首先保存返回地址，然后轉(zhuǎn)跳到公共區(qū)執(zhí)行，再修改頁寄存器到新的頁號實(shí)現(xiàn)頁面的切換，調(diào)用程序，返回到公共區(qū)，恢復(fù)原來頁號，最后從保存的返回地址返回。

? 公共區(qū)的大小由用戶自行設(shè)定，在μPSD中通常使用主/次FLASH中的一塊或多塊作為公共區(qū)，如使用1塊次FLASH即8KB，2塊次FLSAH即16KB，1塊主FLASH則是32KB，若只想使用主FLASH中的20KB作公共區(qū)也是可行的，只要將主FLASH的地址范圍只定義為20K的范圍就可以了。當(dāng)然，公共區(qū)的大小不能超過64K。公共區(qū)必須設(shè)在64K范圍的低端，這是因?yàn)镸CS-51中斷入口地址的原因。公共區(qū)中保存所有的公用子程序，中斷服務(wù)程序，全局常數(shù)表以及系統(tǒng)的初始化部分及頁面切換程序。

μPSD存儲器的空間配置
? μPSD中存儲器系統(tǒng)配置主要是對程序空間的設(shè)置，相對而言數(shù)據(jù)空間的配置稍微簡單一點(diǎn)。μPSD中主/次FLASH可設(shè)置為程序或數(shù)據(jù)空間，這是由VM寄存器決定的，VM寄存器的作用如表1所示。VM的內(nèi)容可在運(yùn)行時(shí)由MCU進(jìn)行修改，這是實(shí)現(xiàn)IAP的關(guān)鍵。在PSDSOFT軟件流程中可設(shè)置主/次FLASH為程序、數(shù)據(jù)存儲器或程序/數(shù)據(jù)混合存儲器，實(shí)際上就是對VM寄存器上電時(shí)的默認(rèn)值進(jìn)行設(shè)置，換句話說，就是確定上電時(shí)主/次FLASH分別位于什么空間。

?????????????????????????? 表1? VM寄存器各位作用

? 表中，“#RD可以/不能訪問”是指此存儲器是否位于數(shù)據(jù)空間，“#PSEN可以/不能訪問”是指此存儲器是否位于數(shù)據(jù)空間，因?yàn)樵贛CS-51系統(tǒng)中對外部數(shù)據(jù)/程序空間的訪問就是通過#RD和#PSEN進(jìn)行區(qū)分的。舉例說明：

? VM=0CH，表示主FLASH位于程序空間，次FLASH位于數(shù)據(jù)空間；

? VM=16H，表示主FLASH位于數(shù)據(jù)和程序空間，次FLASH位于程序間。

? 位0用來指定SRAM是否位于程序空間，因?yàn)镾RAM只在數(shù)據(jù)空間有效。位7用來指示外設(shè)IO模式的允許與禁止，具體將在后面介紹。圖1可幫助對VM寄存器作用的理解。

圖1 μPSD中存儲器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

? 如圖1所示，VM位0～4與#RD、#PSEN聯(lián)合實(shí)現(xiàn)對主/次FLASH及SRAM的選擇。這里是通過輸出允許#OE信號進(jìn)行控制的，也就是說即使存儲器的地址有效（CS有效），如果#OE無效，也不能訪問到此存儲器的內(nèi)容。主/次FLASH的#OE有兩個(gè)有效輸入項(xiàng)，由VM位3/4控制#RD是否起作用，VM的1/2位來控制#PSEN是否起作用。在VM的各位確定后，可依圖1畫出簡化的配置結(jié)構(gòu)。這里的#OE信號是對主/次FLASH的每一塊同時(shí)有效的。

? 在實(shí)現(xiàn)IAP時(shí)，通過VM來實(shí)現(xiàn)對主/次FLASH的空間進(jìn)行換，例如，主FLASH作用戶程序，次FLASH用作升級程序；正常工作時(shí)，主FLASH作程序空間，運(yùn)行用戶代碼，在進(jìn)行程序升級時(shí)，將次FLASH切換作程序空間，并運(yùn)行次FLASH中的升級程序，再把主FLASH換到數(shù)據(jù)空間，對主FLASH中的用戶代碼進(jìn)行更新。