Работа микроконтроллера и его программирование
Программирование микроконтроллера заключается в записи:
■ кодов команд программы и констант в FlashROM;
■ кодов исходных данных в EEPROM;
■ требуемых значений установочных битов (Fuse Bits);
■ требуемых значении битов защиты (Lock Bits).
В микроконтроллерах, поступающих в продажу, во всех ячейках FlashROM записан код $FFFF, во всех ячейках EEPROM — код $FF, биты защиты имеют единичное значение, а установочные биты могут иметь разные значения. Исходные значения установочных битов у микроконтроллеров разных типов указаны в приложении П6. Кроме того, в трех специальных ячейках памяти записаны сигнатурные байты, определяющие тип микроконтроллера.
Коды, записанные в FlashROM и EEPROM, сигнатурные байты и значения установочных битов и битов защиты могут быть прочитаны для контроля правильности записи и определения типа и состояния микроконтроллера.
В микроконтроллерах семействах AVR имеются два бита защиты — LB1 и LB2. При единичном значении обоих битов возможны и запись, и чтение кодов. После программирования бита LB1 (LB1=O) дальнейшая запись кодов в FlashROM и EEPROM и изменение значения установочных битов невозможны. После программирования бита LB2 (LB1=O, LB2 = 0) невозможно также чтение кодов, записанных в FlashROM и EEPROM, и значений установочных битов.
При перепрограммировании микроконтроллера (программировании микроконтроллера, ранее прошедшего программирование) необходимо предварительно "стереть" прежнюю запись.
При стирании во всех ячейках FlashROM и EEPROM восстанавливаются коды $FFFF и $FF соответственно, биты защиты принимают единичное значение, а установочные биты и сигнатурные байты остаются без изменения. Допускается выполнить до 1000 циклов "стирание-запись" для ячеек FlashROM и до 100000 циклов для ячеек EEPROM.
Запись и чтение кодов при программировании выполняются побайтно. Ввод и вывод битов в байте могут выполняться параллельно или последовательно.
В микроконтроллерах семейства AVR реализуются следующие способы программирования:
1. Параллельное программирование с использованием дополнительного источника напряжения +12 В (High-Voltage Parallel Programming, HVPP);
2. Последовательное программирование с использованием дополнительного источника напряжения +12 В (High-Voltage Serial Programming, HVSP);
3. Последовательное программирование без использования дополнительного источника напряжения {Low-Voltage Serial Programming, LVSP).
Самопрограммирование (Self-Programming, SLFP). Возможность использования названных способов программирования в микроконтроллерах разных типов отмечена знаком "+" в табл. 1.
Программирование с использованием дополнительного источника напряжения (HVPP и HVSP) выполняется с помощью программатора до установки микроконтроллера в аппаратуре, где ему предстоит работать. Последовательное программирование без использования дополнительного источника напряжения (LVSP) может выполняться после установки микроконтроллера в аппаратуре (In-System Programming). Программирование по способу LVSP возможно при нулевом значении установочного бита SPIEN.
При программировании по способу LVSP микроконтроллер находится в рабочем состоянии, значения напряжения питания и тактовой частоты лежат в пределах, установленных для микроконтроллера данного типа (приложение Ш). Вывод RESET соединен с шиной GND. Ввод и вывод байтов при программировании выполняются с использованием трех выводов - MOSI, MISO и SCK.
Таблица 1
| Тип МК | Способ программирования | Выводы порта | SPI | ||||
| HVPP | HVSP | LVSP* | SLFP | MOSI | MISO | SCK | |
| t11 | + | ||||||
| t12 | + | + | PBO | PB1 | PB2 | ||
| t15 | + | + | PBO | PB1 | PB2 | ||
| 2323 | + | + | PBO | PB1 | PB2 | ||
| 2343 | + | + | PBO | PB1 | PB2 | ||
| 1200 | + | + | PB5 | PB6 | PB7 | ||
| 2313 | + | + | PB5 | PB6 | PB7 | ||
| t28 | + | ||||||
| 4433 | + | + | PB3 | PB4 | PB5 | ||
| 8515 | + | + | PB5 | PB6 | PB7 | ||
| 8535 | + | + | PB5 | PB6 | PB7 | ||
| m163 | + | + | + | PB5 | PB6 | PB7 | |
| m103 | + | + | PB2** | PB3" | PB1 | ||
* — выполняется при SPIEN = 0;
1 — при программировании RXD и TXD
В микроконтроллерах, имеющих последовательный порт ввода-вывода SPI (табл. 1), используются выводы этого порта. В микро-Контроллерах без порта SPI находится вспомогательный порт SPI, работающий только при программировании в режиме ведомого устройства. Функции выводов MOSI, MISO и SCK выполняют выводы параллельных портов ввода-вывода.
Выводы микроконтроллера, используемые в качестве входов MOSI и SCK и выхода MISO у микроконтроллеров разных типов указаны в табл. 1. В микроконтроллере типа m10З вместо выводов MOST и MISO используются выводы RXD и TXD соответственно.
У микроконтроллеров типа ml63 и ml03 запись байтов в FlashROM выполняется за два этапа. На первом этапе байты записываются в буферное запоминающее устройство. На втором этапе выполняется перепись всех кодов из буферного запоминающего устройства в страницу FlashROM. Страница у микроконтроллеров типа т163 и ml03 имеет емкость 128 и 256 байтов соответственно.
При программировании по способу LVSP в микроконтроллере могут выполняться следующие операции:
1) разрешение LVSP (Programming Enable);
2) стирание записи (Chip Erase);
3) запись байта в FlashROM (Write Program Memory);
4) запись байта в буферные ЗУ (Load Flash Page);
5) перепись из буферного ЗУ в FlashROM (Write Flash Page);
6) чтение байта из FlashROM (Read Program Memory);
7) запись байта в EEPROM (Write EEPROM);
8) чтение байта из EEPROM (Read EEPROM);
9) запись битов защиты (Write Lock Bits);
10) чтение битов защиты (Read Lock Bits);
11) запись установочных битов (Write Fuse Bits);
12) чтение установочных битов (Read Fuse Bits);
13) чтение сигнатурного байта (Read Signature Byte);
14) чтение калибровочного байта (Read Calibration Byte).
Операции №№ 10 и 12 у микроконтроллеров некоторых типов
объединены в одну операцию. При выполнении операции "Запись байта в EEPROM" автоматически перед записью выполняется стирание соответствующей ячейки EEPROM.
Операции №№ 1, 2, 6, 7, 8, 9, 13 выполняются в микроконтроллерах всех типов. Возможность выполнения других операций у микроконтроллеров разных типов отмечена знаком "+" в табл. 2.
Таблица 2
| Тип МК | ||||||||||
| t12 | t15 | 2323 | 2343 | 1200 | 2313 | 4433 | 8515 | 8535 | m163 | m103 |
| Write | Program Memory | + | + | + | + | + | + | + | + | + |
| Load | Flash Page | + | + | |||||||
| Write | Flash Page | + | + | |||||||
| Read | Lock Bits | + | + | + | + | + | + | + | + | |
| Write | Fuse Bits | + | + | +* | +* | +* | +* | +* | +* | |
| Read | Fuse Bits | + | + | + | + | + | + | + | + | |
| Read | Calibration Byte | + | + | + | ||||||
Если операция "запись установочных битов" в микроконтроллере не выполняется, а значения этих битов перед программированием (перепрограммированием) отличаются от требуемых, необходимо до установки микроконтроллера в аппаратуре выполнить запись требуемых значений установочных битов с помощью программатора.
Для выполнения любой операции в микроконтроллер через вход MOSI вводится последовательность из четырех байтов, в которую входят один или два байта, определяющие тип операции, и байты, используемые при выполнении операции (адресный байт, записываемый байт, байт, содержащий значения установочных битов и битов защиты, холостой байт).
При выполнении операции чтения одновременно с вводом одного из байтов выводится считанный байт через выход MISO. Байты вводятся и выводятся, начиная со старшего бита. Частота следования импульсов на входе SCK должна быть не более 1/4 частоты тактового сигнала микроконтроллера. Сигнал на входе SCK при отсутствии импульсов должен иметь низкий уровень.
После завершения программирования по способу LVSP при размыкании ключа К микроконтроллер переходит к выполнению записанной программы, начиная с команды, записанной но адресу $0000.
В микроконтроллере типа m103 программирования но способу LVSP может выполняться при высоком уровне напряжения на входе RESET, если при подаче напряжения питания вывод PEN был соединен с шиной GND, и это соединение сохранялось до конца программирования.
Самопрограммирование микроконтроллера осуществляется в процессе сго работы. Самопрограммирование может выполняться в микроконтроллере типа m163. В этом микроконтроллере FlashROM разделена на две секции. Одна секция (Application Section, APS) предназначена для рабочей программы. В другой секции (Boot Loader Section, BLS) размещается программирующая программа (Flash-Resident Boot Loader), введенная ранее в FlashROM.
Деление FlashROM на две секции определяется комбинацией значений установочных битов BOOTSZ1 и BOOTSZ0 в соответствии с табл. 3.
Таблица 3
| BOOTSZ1 | BOOTSZ0 | Объем BLS (слов) | Начальный адрес BLS |
| 0 | 0 | 1024 | $ 1С00 |
| 0 | 1 | 512 | $ 1Е00 |
| 1 | 0 | 256 | $ 1F00 - |
| 1 | 1 | 128 | $ 1F80 |
Если установочный бит BOOTRST имеет нулевое значение, при пуске микроконтроллера первая команда программы выбирается не по адресу $0000, а по адресу, указанному в табл. 3.
Программирование осуществляется с использованием команды SPM (№ 131), выполнение которой зависит от кода, записанного в регистр SPMCR (№ $37) не ранее, чем за четыре такта до выборки кода команды SPM из FlashROM.
Программирующая программа может записывать коды в обе секции FlashROM и модифицировать саму себя.
Для защиты секций FlashROM кроме битов защиты LB1 и LB2 в микроконтроллере типа ml63 используются дополнительные биты за-щиты - BLB01 и BLB02 для защиты секции APS и BLB11 и BLB12 для защиты секции BLS.