dsPIC30F系列數(shù)字信號控制器編程規(guī)范詳解

在電子工程領(lǐng)域，數(shù)字信號控制器（DSCs）的應(yīng)用越來越廣泛。Microchip的dsPIC30F系列DSCs以其高性能和靈活性受到眾多開發(fā)者的青睞。今天，我們就來詳細(xì)探討一下dsPIC30F的編程規(guī)范。

文件下載：DSPIC30F2010T-20I/SO.pdf

一、概述

這份編程規(guī)范文檔主要是為第三方工具開發(fā)者編寫的，用于指導(dǎo)他們對dsPIC30F設(shè)備進(jìn)行編程。對于使用dsPIC30F設(shè)備的客戶，建議使用已經(jīng)支持設(shè)備編程的開發(fā)工具。文檔涵蓋了dsPIC30F多個(gè)型號的編程規(guī)范，包括dsPIC30F2010/2011/2012等。

二、編程概述

2.1 片上內(nèi)存與編程執(zhí)行器

dsPIC30F系列DSCs包含一個(gè)片上內(nèi)存區(qū)域，用于簡化設(shè)備編程。這個(gè)區(qū)域可以存儲編程執(zhí)行器，使得dsPIC30F的編程速度比傳統(tǒng)方法更快。外部編程器（如Microchip的MPLAB? ICD 2、MPLAB PM3等）將編程執(zhí)行器存儲到內(nèi)存后，它可以與外部編程器交互，高效地對設(shè)備進(jìn)行編程。編程器和編程執(zhí)行器之間是主從關(guān)系，編程器是主設(shè)備，編程執(zhí)行器是從設(shè)備。

2.2 編程方法

有兩種方法可用于對用戶系統(tǒng)中的芯片進(jìn)行編程：

• Enhanced ICSP協(xié)議：使用更快的高壓方法，利用編程執(zhí)行器。編程執(zhí)行器通過一個(gè)小命令集提供擦除、編程和驗(yàn)證芯片的所有必要功能，使編程器無需處理芯片的底層編程協(xié)議。
• ICSP協(xié)議：不使用編程執(zhí)行器，提供原生的底層編程能力來擦除、編程和驗(yàn)證芯片。但這種方法速度明顯較慢，因?yàn)樗褂每刂拼a在dsPIC30F設(shè)備上串行執(zhí)行指令。

三、硬件要求與引腳使用

3.1 硬件要求

在ICSP或Enhanced ICSP模式下，dsPIC30F需要兩個(gè)可編程電源，分別為VDD和MCLR供電。對于擦除代碼保護(hù)位所需的批量擦除編程，VDD必須大于4.5伏。

3.2 編程引腳

四、內(nèi)存映射

4.1 程序內(nèi)存映射

4.2 數(shù)據(jù)EEPROM內(nèi)存

數(shù)據(jù)EEPROM陣列支持高達(dá)4 Kbytes的數(shù)據(jù)，位于一個(gè)內(nèi)存面板中，映射在程序內(nèi)存空間的用戶內(nèi)存空間末尾。

五、編程執(zhí)行器應(yīng)用

5.1 編程執(zhí)行器概述

編程執(zhí)行器位于執(zhí)行內(nèi)存中，在進(jìn)入Enhanced ICSP編程模式時(shí)執(zhí)行。它通過一個(gè)簡單的命令集和通信協(xié)議，為編程器提供對dsPIC30F進(jìn)行編程和驗(yàn)證的機(jī)制。其功能包括讀取內(nèi)存、擦除內(nèi)存、編程內(nèi)存和查詢等。

5.2 編程執(zhí)行器代碼內(nèi)存和數(shù)據(jù)RAM

編程執(zhí)行器存儲在執(zhí)行代碼內(nèi)存中，執(zhí)行時(shí)不需要用戶代碼內(nèi)存或數(shù)據(jù)EEPROM的資源。它使用設(shè)備的數(shù)據(jù)RAM進(jìn)行變量存儲和程序執(zhí)行，運(yùn)行后數(shù)據(jù)RAM的內(nèi)容不可預(yù)測。

六、確認(rèn)執(zhí)行內(nèi)存內(nèi)容

在開始編程之前，編程器必須確認(rèn)編程執(zhí)行器是否存儲在執(zhí)行內(nèi)存中。具體步驟是先進(jìn)入ICSP模式，讀取執(zhí)行內(nèi)存中存儲的唯一應(yīng)用ID字。如果該字為0xBB，則表示編程執(zhí)行器已駐留在內(nèi)存中，可以正常編程；否則，需要使用特定方法將編程執(zhí)行器編程到執(zhí)行代碼內(nèi)存中。

七、設(shè)備編程

7.1 編程流程概述

確認(rèn)編程執(zhí)行器在內(nèi)存中（如果不存在則加載）后，可以使用一系列命令對dsPIC30F進(jìn)行編程。編程過程包括進(jìn)入Enhanced ICSP模式、進(jìn)行芯片擦除、驗(yàn)證芯片擦除、編程代碼內(nèi)存、數(shù)據(jù)Flash和配置位，最后退出Enhanced ICSP模式。如果驗(yàn)證失敗，需要從芯片擦除步驟重新開始。

7.2 各部分編程詳細(xì)步驟

7.2.1 進(jìn)入Enhanced ICSP模式

通過將PGC和PGD保持為高電平，然后將MCLR/VPP升高到VIHH（高電壓）來進(jìn)入該模式。在此模式下，可以使用編程執(zhí)行器命令通過PGC和PGD串行傳輸來高效編程代碼內(nèi)存、數(shù)據(jù)EEPROM和配置位。

7.2.2 芯片擦除

使用Bulk Erase命令（ERASEB）擦除芯片，將所有代碼內(nèi)存、數(shù)據(jù)EEPROM和代碼保護(hù)配置位設(shè)置為‘1’。非代碼保護(hù)配置位需要手動設(shè)置為‘1’。如果啟用了高級安全功能，則需要根據(jù)需要執(zhí)行單個(gè)段擦除操作。

7.2.3 空白檢查

使用QBLANK命令驗(yàn)證設(shè)備是否已成功擦除，確保所有實(shí)現(xiàn)的代碼內(nèi)存、數(shù)據(jù)EEPROM和配置位都為空白。如果設(shè)備未空白，則需要先進(jìn)行擦除操作。

7.2.4 代碼內(nèi)存編程

使用PROGP命令對代碼內(nèi)存進(jìn)行編程，每次編程一行。編程行數(shù)取決于設(shè)備的代碼內(nèi)存大小。編程完成后，可以使用READP命令讀取代碼內(nèi)存進(jìn)行驗(yàn)證，也可以使用校驗(yàn)和計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)證。

7.2.5 數(shù)據(jù)EEPROM編程

使用PROGD命令對數(shù)據(jù)EEPROM進(jìn)行編程，每次編程一行。編程行數(shù)取決于設(shè)備的數(shù)據(jù)EEPROM大小。編程完成后，可以使用READD命令讀取數(shù)據(jù)EEPROM進(jìn)行驗(yàn)證，也可以使用校驗(yàn)和計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)證。

7.2.6 配置位編程

配置位存儲在七個(gè)16位寄存器中，分為系統(tǒng)操作位和代碼保護(hù)位。使用PROGC命令每次編程一個(gè)配置字，編程后使用READD命令讀取配置位進(jìn)行驗(yàn)證。需要注意的是，系統(tǒng)操作位不能被擦除，應(yīng)始終編程到所需設(shè)置；代碼保護(hù)位在編程和驗(yàn)證設(shè)備時(shí)必須為‘1’，只有在設(shè)備編程和驗(yàn)證完成后才能將其編程為‘0’。

7.2.7 退出Enhanced ICSP模式

通過移除設(shè)備電源或?qū)CLR設(shè)置為VIL來退出該模式，下次進(jìn)入正常用戶模式時(shí)，使用Enhanced ICSP存儲的程序?qū)?zhí)行。

八、其他編程特性

8.1 擦除內(nèi)存

使用ERASEB、ERASED或ERASEP命令擦除內(nèi)存。ERASEB提供多種批量擦除選項(xiàng)，可擦除整個(gè)芯片、所有代碼內(nèi)存或數(shù)據(jù)EEPROM，或按段擦除。

8.2 修改內(nèi)存

可以使用ERASEP和ERASED分別擦除代碼內(nèi)存和數(shù)據(jù)EEPROM的選擇性行，然后使用PROGP和PROGD命令對修改的行進(jìn)行重新編程。對于高級代碼保護(hù)位的修改，可能需要先使用ERASEB命令擦除整個(gè)芯片。

8.3 讀取內(nèi)存

使用READD命令讀取數(shù)據(jù)EEPROM、配置位和設(shè)備ID，使用READP命令讀取代碼內(nèi)存。

8.4 編程執(zhí)行器軟件版本

使用QVER命令查詢編程執(zhí)行器軟件的版本。

8.5 十六進(jìn)制文件信息

編程器應(yīng)從十六進(jìn)制文件中讀取數(shù)據(jù)EEPROM和配置信息，保存十六進(jìn)制文件時(shí)應(yīng)包含這些信息。

8.6 單元ID

dsPIC30F設(shè)備包含32條單元ID指令，位于地址0x8005C0至0x8005FF。批量擦除不會擦除單元ID位置，可以使用特定步驟擦除執(zhí)行內(nèi)存并與編程執(zhí)行器一起編程單元ID。

8.7 校驗(yàn)和計(jì)算

dsPIC30F的校驗(yàn)和為16位，是代碼內(nèi)存位置內(nèi)容和配置寄存器內(nèi)容的總和。校驗(yàn)和計(jì)算方法根據(jù)代碼保護(hù)設(shè)置不同而有所不同。

九、編程器與編程執(zhí)行器通信

9.1 通信概述

編程器和編程執(zhí)行器是主從關(guān)系，編程器發(fā)起通信，每次只能發(fā)送一個(gè)命令，編程執(zhí)行器處理命令后返回一個(gè)響應(yīng)。

9.2 通信接口和協(xié)議

Enhanced ICSP接口是一個(gè)使用PGC和PGD引腳實(shí)現(xiàn)的2線SPI接口。PGC作為時(shí)鐘輸入引腳，PGD用于發(fā)送命令數(shù)據(jù)和接收響應(yīng)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)在PGC的下降沿傳輸，在上升沿鎖存，使用16位模式，先傳輸最高有效位。

9.3 SPI速率

在Enhanced ICSP模式下，dsPIC30F使用快速內(nèi)部RC振蕩器，有效系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為1.84 MHz。由于SPI模塊工作在從模式，編程器必須將SPI時(shí)鐘速率限制在不超過1 MHz。

9.4 超時(shí)處理

編程執(zhí)行器在向編程器發(fā)送響應(yīng)時(shí)不使用看門狗定時(shí)器或超時(shí)機(jī)制。編程器應(yīng)遵循通信協(xié)議，使用命令超時(shí)設(shè)置，若超時(shí)則重置編程執(zhí)行器并重新開始編程。

十、ICSP模式

10.1 ICSP模式概述

ICSP模式是一種特殊的編程協(xié)議，允許對dsPIC30F編程執(zhí)行器進(jìn)行讀寫操作。它通過PGC和PGD引腳串行應(yīng)用控制代碼和指令來實(shí)現(xiàn)。

10.2 ICSP操作

進(jìn)入ICSP模式后，CPU處于空閑狀態(tài)，由內(nèi)部狀態(tài)機(jī)控制執(zhí)行。使用4位控制代碼（SIX和REGOUT）來命令CPU執(zhí)行指令或讀取數(shù)據(jù)。

10.3 進(jìn)入ICSP模式

通過將PGC和PGD保持為低電平，將MCLR/VPP升高到VIHH（高電壓），并執(zhí)行額外步驟進(jìn)入ICSP模式。

10.4 閃存內(nèi)存編程

在ICSP模式下，閃存內(nèi)存的寫和擦除操作由NVMCON寄存器控制。編程前需要解鎖NVMCON寄存器，設(shè)置WR控制位啟動編程周期，完成后清除WR控制位。

10.5 不同電壓系統(tǒng)下的內(nèi)存擦除

• 正常電壓系統(tǒng)（VDD在4.5 - 5.5伏之間）：使用NVMCON設(shè)置為0x407F進(jìn)行批量擦除。
• 低電壓系統(tǒng)（VDD在2.5 - 4.5伏之間）：需要逐行擦除代碼內(nèi)存、執(zhí)行內(nèi)存和數(shù)據(jù)內(nèi)存。

10.6 配置內(nèi)存、代碼內(nèi)存和數(shù)據(jù)EEPROM的讀寫

在ICSP模式下，通過一系列指令和操作對配置內(nèi)存、代碼內(nèi)存和數(shù)據(jù)EEPROM進(jìn)行讀寫操作。

10.7 讀取應(yīng)用ID字

讀取執(zhí)行代碼內(nèi)存中地址0x8005BE處的應(yīng)用ID字，根據(jù)其值判斷編程執(zhí)行器是否駐留在內(nèi)存中。

10.8 退出ICSP模式

確認(rèn)編程執(zhí)行器駐留在內(nèi)存中或加載編程執(zhí)行器后，通過移除設(shè)備電源或?qū)CLR設(shè)置為VIL退出ICSP模式，然后按照設(shè)備編程流程進(jìn)行編程。

十一、編程執(zhí)行器編程到內(nèi)存

11.1 概述

如果編程執(zhí)行器不在執(zhí)行內(nèi)存中，需要使用ICSP和ICSP模式下的技術(shù)將其編程到執(zhí)行內(nèi)存中。先擦除執(zhí)行內(nèi)存，然后每次編程32個(gè)字。

11.2 編程驗(yàn)證

編程完成后，通過讀取執(zhí)行內(nèi)存的內(nèi)容并與編程器中存儲的編程執(zhí)行器映像進(jìn)行比較來驗(yàn)證編程是否成功。

十二、AC/DC特性和時(shí)序要求

文檔提供了dsPIC30F在編程過程中的AC/DC特性和時(shí)序要求，包括電壓、電流、時(shí)鐘周期等參數(shù)，開發(fā)者在編程時(shí)需要遵循這些要求以確保編程的正確性。

十三、附錄

13.1 校驗(yàn)和計(jì)算

詳細(xì)說明了不同型號設(shè)備在不同代碼保護(hù)狀態(tài)下的校驗(yàn)和計(jì)算方法。

13.2 特定設(shè)備編程注意事項(xiàng)

對于dsPIC30F5011和dsPIC30F5013處理器，在芯片擦除前需要使用特定命令對FBS和FSS寄存器進(jìn)行編程。

13.3 十六進(jìn)制文件格式

介紹了Microchip開發(fā)工具使用的標(biāo)準(zhǔn)HEX格式（Intel? HEX 32 Format），以及文件中各部分的含義和處理方法。

13.4 修訂歷史

記錄了文檔的修訂信息，方便開發(fā)者了解文檔的更新情況。

通過以上詳細(xì)的編程規(guī)范，開發(fā)者可以更好地對dsPIC30F系列數(shù)字信號控制器進(jìn)行編程操作。在實(shí)際應(yīng)用中，我們還需要根據(jù)具體的設(shè)備和需求，靈活運(yùn)用這些知識，確保編程的準(zhǔn)確性和高效性。你在使用dsPIC30F進(jìn)行開發(fā)時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。