对lpc2000系列微控制器片内flash编程的方法

工程师谭军 发表于 2018-09-11 14:48:49 收藏 已收藏
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对lpc2000系列微控制器片内flash编程的方法

工程师谭军 发表于 2018-09-11 14:48:49

  本文主要是关于lpc2000的相关介绍,并着重对lpc2000的原理及其作用进行了详尽的阐述。

  lpc2000

  LPC2000系列的向量中断控制器(VIC)支持32个中断请求输入,也即是支持32个中断源,见表5.1。这32个中断按顺序称为VIC通道0,VIC通道1,…,VIC通道31。

  每一个VIC通道都支持软件中断与硬件中断,即每个中断均可由软件或硬件中断产生,软件中断与对应通道上的硬件中断是逻辑“或”的关系。软件中断可通过置位VICSoftInt寄存器相应位来产生,也可通过置位VICSoftIntClear寄存器相应位来清除。

  LPC2000具有3类中断:FIQ、向量IRQ和非向量IRQ。LPC2000系列可通过对VICIntSelect和VICVectCntlx(x=0,1,…,15)这两类寄存器的设置,将以上的32个中断源设置为这三类中断的任何一种。其中,

  快速中断请求FIQ具有最高优先级。建议只分配一个中断请求给FIQ以减少中塅处理程序的延迟。当然,VIC支持多个FIQ中断。

  向量IRQ具有中等优先级。该级别最多可分配32个请求中的16个。32个请求中的任何一个都可以分配到16个向量IRQslot中的任意一个。其中,slot0具有最高优先级,而slot15则为最低优先级。

  非向量IRQ具有最低优先级。

  如何初始化某个中断源为三类中断中的一类

  通过VICIntSelect中断选择寄存器将32个中断请求分配为FIQ或IRQ(包括向量IRQ与非向量IRQ);通过VICVectCntlx(x=0,1,…,15)来选择32个中断请求中的某个为向量IRQ并设定此中断请求为IRQ slotx(x对应于VICVectCntlx中的x)。若某个中断源被设定为IRQ,但却未通过VICVectCntlx使能,则该中断源将被默认为非向量IRQ。

  中断处理过程中断处理过程如下所示:

  初始化:设置中断源为3种中断源之一,设置中断地址,使能中断,然后正常运行用户程序;

  当有IRQ中断产生时,VIC将会根据中断源设置VICVectAddr寄存器为相应中断服务程序的地址,切换处理器工作模式为IRQ模式,并跳转到IRQ中断入口0x00000018处;

  异常中断向量表中0x00000018处使用“LDR PC, [PC, #-0xFF0]”,使得程序跳转到(0x00000018+8-0x00000FF0=0xFFFFF030)存储器处保存的地址。0xFFFFF030是VICVectAddr寄存器地址。也即是说:通过该指令,程序跳转到VICVectAddr寄存器所指向的中断服务程序的地址;

  中断服务程序执行相应的中断处理,清除中断。建议用__irq关键字定义中断服务程序;

  中断服务完成后,即可返回原中断点。返回时要同时切换处理器工作模式。

  注意:退出中断前,一定要对VICVectAddr寄存器写0,通知VIC中断结束;建议用__irq关键字定义中断服务程序,这样的话,该函数将自动切换处理器工作模式,但该函数不能返回参数或者数值。

  IRQ中断

  IRQ中断有向量IRQ和非向量IRQ中断两种类型,当IRQ中断产生时:

  若是向量IRQ中断,由于之前VIC已经将最高优先级请求的IRQ服务程序地址VICVectAddrx(x=0,1,…,15)装入VICVectAddr,故程序跳入该中断服务程序继续执行。

  若是非向量IRQ中断,VIC提供默认服务程序地址VICDefVectAddr,IRQ中断入口程序可通过读取VIC的向量地址寄存器VICVectAddr来取得该地址,然后跳转到相应服务程序继续执行。该默认服务程序由所有非向量IRQ公用,默认服务程序可读取IRQ状态寄存器以确定哪个IRQ被激活。

  lpc2000的工作原理

  嵌入式处理器是嵌入式系统硬件最核心的部分,飞利浦推出十余款基于 ARM7 的高性能低功耗LPC2000系列微控制器,来满足不断增长的嵌入式市场需求。LPC2000系列微处理器工作频率为60MHz,采用基于ARMTDMI内核的32位RISC。LPC2000的外设接口非常丰富,包括UART、SPI、I2C、CAN、ADC、 PWM、RTC等。

  这一系列微控制器LPC2114/2124/2119/2129/2194、LPC2210/2212/2214、LPC2290 /2292/2294借助片上存储器加载模块实现了“零等待访问”高速闪存功能,提高了指令执行的效率。在高性能低功耗的基础上提供了增强的通信功能和片上代码保护机制。由于内置了宽范围的串行通信接口,它们也非常适用于通信网关、协议转换器、嵌入式软调制解调器等。6通道的PWM更能用于复杂的马达控制应用。

  LPC2000系列微控制器能够实现零等待访问的高速闪存,这主要归功于片上的存储器加速模块。图2为存储器加速模块的结构框图。128位宽度的闪存阵列通过单独的局部总线与处理器接口,每周期可为ARM内核提供四条32位指令。这使得MCU无需经过等待状态就可直接从闪存上执行指令,从而消除了一般闪存读取时的等待时间。为了解决指令序列的变化,指令和数据的不同处理带来的等待时间,模块内部实现了预取缓冲器、避免数据读/写打乱地址序列的数据旁路和跳转跟踪缓冲器三个功能块的联合工作,并用两组128位宽度的存储器来进行并行访问,消除延时。

  存储器加速模块的作用取决于系统时钟的大小。LPC2000系列片上闪存的访问时间为50nS,对于系统时钟不高于20MHZ的应用,在1个周期内就可将闪存的内容读出,此时没必要使用存储器加速模块。时钟频率越高,当直接执行闪存中的代码时,系统性能受影响越大,此时使能存储器加速模块,可以得到接近4倍速度的加速,真正实现零等待高速闪存。由于LPC2000可直接从闪存执行指令,无需引导期间将代码传送到SRAM,这不仅省掉了耗时又耗能的系统启动步骤,还节省了昂贵的SRAM。

  对片内闪存的编程可通过几种方法来实现:通过内置的串行JTAG 接口,通过串口进行在系统编程(ISP),或通过在应用编程(IAP)。

  矢量中断控制器

  LPC2000系列的矢量中断控制器可以支持最多32个中断请求,可根据需要将其编程分为3 类:FIQ、矢量IRQ 和非矢量IRQ。快速中断请求(FIQ)要求具有最高优先级。矢量IRQ 具有中等优先级。该级别可分配32个请求中的16个。非矢量IRQ 的优先级最低。这种可编程分配机制意味着不同外设的中断优先级可以动态分配并调整。对于任意矢量中断,一旦发出请求,CPU可在一个周期内过读取VIC并跳转到相应的中断服务程序的入口地址,这将中断延时降低到最小。

  对lpc2000系列微控制器片内flash编程的方法

  1.LPC2000的Flash简介

  Flash存储器系统包含128kB Flash器件的16个扇区和256kB Flash器件的17个扇区。Flash存储器从地址0开始并向上增加。Flash boot装载程序同时提供片内Flash存储器的ISP和IAP编程接口。IAP、ISP和RealMonitor程序都位于boot扇区。boot扇区存在于所有的器件当中。ISP和IAP命令不允许对boot扇区执行写/擦除/运行操作。在128kB Flash器件中只有120kB Flash可供用户程序使用。器件共包含256kB的Flash,其中,248kB的Flash可供用户程序使用。Boot Block一般位于片内Flash存储器顶端。在128kB Flash中,它是第16个扇区(对应的扇区号是15),在256kB Flash中,它是第18个扇区(对应的扇区号是17)。Boot Block占有的Flash存储器扇区不能用来存放用户数据。

  LPC2000系列提供在在应用中编程IAP,最终用户代码直接执行在应用编程 (IAP)对片内Flash存储器进行擦除和编程操作。Falsh可以擦写10000次,512字节行编程时间为1ms。单扇区或整片擦除时间为400ms。

  Flash存储器在写或擦除操作过程中不可被访问。

  执行Flash写/擦除操作的IAP命令使用片内RAM顶端的32个字节空间。如果应用程序中允许IAP编程,那么用户程序不应使用该空间。

  很多8位单片机中有页的概念,页为Flash编程的最小单位,每次可以擦除和编程一个页的内容,由于页中包含的字节较少,在这种情况下把Flash用作EEPROM灵活性会很好。而LPC2000系列没有页的概念,它只有扇区这个最小的Flash编程单位,即用户即使是只修改一个字节,也需要首先擦除8K的Flash。

  把Flash当作EEPROM的过程,其实就是对Flash进行读-修改-写的过程。

  2.向Flash中写数据

  Flash必须遵循选择扇区,擦除,选择扇区,写的过程,具体到程序的编写,必须先后有下面的代码:

  SelSector(1,1); // 选择扇区1

  EraseSector(1,1); // 擦除扇区1

  SelSector(1,1); // 选择扇区1

  for(i=0;i《512;i++)

  source[i]=0x41;

  RamToFlash(0x00002000, (uint32)source, 512); // 写数据到扇区1

  应用的时候需要注意下面几点:

  1)如果写之前没有选择扇区,是不能正确写入的。

  2)如果写之前没有擦除,写入是不正确的。

  3)最少写512字节,写入的字节数应当为512 或 1024 或 4096 或 8192.

  4)Flash在擦写时不能访问,这也是IAP是要关闭中断的原因。关中断可以用下面的语句来实现:__asm{MSR CPSR_c, #0xdf},与此对应,开中断可以下面的语句:__asm{MSR CPSR_c, #0x5f}。

  另外,经常有人问如何将一个常量的数值定义在Flash的特定地址上,我觉得这个功能不太实用,因为每次擦除的最小单位是8K,到不如直接写数据到Flash的一个地址,这个地址是在一个空扇区中,读和写都以这个地址为基址。由于编译后的代码是向下靠紧的,所以你可以查看一下编译后的代码量,然后选择靠上的地址做为用的变量区。如果实在想把数组定义在Flash的特定位置好像可以用分散加载。

  3. 从Flash中读数据

  从Flash中读数据比较简单,可以定义一个指针变量,该指针变量指向特定的Flash地址,例如可以写成下面的样子:

  uint32 i;

  uint8 * p;

  p=(uint8 *)0x1C000;

  for(i=0;i《400;i++)

  {

  Puthexbyte(*(p++));

  }

  4. Flash的加密

  代码读保护 这是Bootloader修订版1.61的特性。代码读保护通过向Flash地址单元0x1FC(用户Flash扇区0)写入0x87654321(十进制表示为2271560481)来使能。地址单元0x1FC用来允许为fiq异常处理程序保留部分空间。当JTAG调试端口的代码读保护被使能时,外部存储器引导和以下ISP命令将被禁能:

   读存储器

   写RAM

   运行

   将RAM内容复制到Flash

  上述ISP命令终止时返回CODE_READ_PROTECTION_ENABLED。代码读保护使能时,ISP擦除命令只允许擦除用户扇区的内容。这种限制是代码读保护不使能时所没有的。IAP命令不受代码读保护的影响。

  采用工程模板的RelInFlash会自动加密。

  5. 采用工程模板时需要注意的地方

  采用ZLG的工程模板时需要注意下面几点:

  对lpc2000系列微控制器片内flash编程的方法

  1)修改堆栈,在STARTUP.S文件中的初始化堆栈为 StackUsr-20*4

  2)设置编译参数-apcs/intervork,需要注意是修改 Language Settings/ARM C Compiler/ATPS下面的。我一开始的时候不小心选择的语言设置是ARM Assembler ,结果运行程序后一写Flash就错,大家要选准语言设置。

  3)变量定义,由于一次至少写512个字节,所以跟读写操作的变量最好定义为uint32类型的,我犯的一个错误是将变量定义为uint8类型的,如下面:

  uint8 i;

  for(i=0;i《512;i++)

  source[i]=0x41;

  RamToFlash(0x00002000, (uint32)source, 512); // 写数据到扇区1

  结果可想而知,一直在for循环中运行而跳不出来,这到给我们一个IAP不好用的假象

  结语

  关于lpc2000的相关介绍就到这了,如有不足之处欢迎指正。

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