MC68HC908LJ12单片机FLASH在线编程

引言
MC68HC908LJ12是Motorola即将推出的一款八位单片机，主要特点是片内有LCD驱动模块和FLASH存储器，拟代替今后会逐渐停产的MC68HC05L1、L5、L16等型号的单片机。MC68HC908LJ12表面贴封装的芯片具有SCI、SPI、内置实时时钟模块RTC、512B RAM以及12KB片内FLASH等特点，其内置LCD驱动模块具有3×27或4×26段LCD驱动能力。
MC68HC908LJ12单片机片内集成电荷泵，使用＋5V工作电压即可产生所需FLASH编程电压；另外，片内FLASH擦写速度快，可靠性高，可擦写至少10万次以上，所以在需频繁修改存储的数据和代码的场合，都是理想的选择。
笔者在试用MC68HC908LJ12开发产品的过程中，总结了FLASH在线编程技术，并提供了一种廉价灵活的带片内FLASH的单片机的开发办法。


FLASH在线编程模式
所谓FLASH在线编程，即芯片无需从目标系统上取下即可对FLASH进行擦除和写入的操作。MC68HC908LJ12单片机片内有12KB的FLASH，对FLASH的编程有两种模式：监控模式(Monitor Mode)和用户模式(User Mode)。
当单片机上电复位时，若检测到复位向量($FFFE~$FFFF)为空($FFFF)，或特定引脚加上特定的电平，就可使单片机在复位后进入监控模式。在监控模式下，可以利用固化在监控ROM中的代码并通过主机下载程序到RAM中完成对FLASH的一系列的操作。监控模式适合对刚出厂的芯片进行编程写入，或者对芯片的整体擦除或写入。仿真器和编程器就是使用的监控模式。
在单片机正常工作的过程中，程序也可以在用户模式下对FLASH进行编程操作。此时FLASH写入和擦除程序是必须的，但无需外部硬件条件的支持。所以用户模式可以在程序运行中对部分的FLASH进行修改，适合于目标系统的程序和数据的动态更新和存储。
基于MC68HC908LJ12单片机FLASH在线编程以上特性，笔者设计了一套集编程功能和开发功能于一身的MC68HC908LJ12开发工具，电路原理图如图1所示。
通过跳线的方式，可以选择编程功能(图中开关至A的位置)或开发功能(图中开关于B的位置)。当选择编程功能时，单片机工作在监控模式下，主机通过串行通信口可以向片内FLASH执行擦写操作；当选择开发功能时，单片机工作在用户模式下，并可以通过引出的插座连接到目标系统上进行产品开发。笔者在使用MC68HC908LJ12单片机的过程中，为该单片机编写了一套大约3.5KB的在线编程开发系统程序。将此程序写入芯片，开发者在此程序的基础上，能在用户模式下实现对片内另外8.5KB的FLASH擦写，调试用户自己的程序。用户程序定型后，可以选择编程功能擦除在线编程开发系统程序，并将所需的用户程序写入FLASH中。如果使用过程中发现程序有错误之处，仍可选择编程功能，将修改后的程序重新写回FLASH中。这样会给开发带来许多方便。
用户也可将此工具设计为分离形式的，即编程功能和开发功能分别在一块PCB板上。图中虚线框内即为编程器的电路原理图，LJ12芯片安置在开发板上。编程器和开发板之间只需6条连线，即DSC1、IRQ、RST、PTA0、电源线VDD和GND地线。将编程器与开发板连接即可在监控模式下对FLASH进行擦写操作，单独使用开发板即可开发目标系统。

FLASH监控编程模式
在监控模式下， MC68HC908LJ12单片机运行固化在ROM中的代码，监控代码包括使用半双工口的通讯子程。监控模式使用PTA0引脚，通过串行通信口与主机建立连接。建立连接后，单片机的控制权即交给了主机完成对FLASH的擦写操作。MC68HC908LJ12单片机在监控模式下的总线频率是2.4576MHz，进入监控模式有两种方式：高电平进入方式和空向量进入方式。
当单片机上电复位时，若在IRQ引脚上加上高电平VTST(VDD+2.5V)，就可使单片机进入监控模式。使用此方式进入监控，在OSC1引脚输入的时钟频率必须是4.9152MHz或者9.8304MHz，PTC1引脚上的高低电平控制分频因子，低电平时分频因子为2，高电平时分频因子为4。
单片机上电复位时，若检测到复位向量($FFFE~$FFFF)为空($FFFF)，单片机也将在复位后进入监控模式。使用此方式进入监控，若IRQ引脚为低电平，PLL允许，可由外部32768Hz的晶振产生所需要的总线频率2.4576MHz。若IRQ引脚为高电平，单片机将不管PTC1引脚上的电平而直接使用9.8304MHz的外部晶振产生总线频率2.4576MHz，即分频因子恒为4。

FLASH用户编程模式
在用户模式下，ICP程序代码是用户程序代码的一个部分，需将此代码存储在无冲突的FLASH存储器中以便被用户程序调用。对FLASH进行擦写的时候，FLASH编程操作例程应复制到RAM中运行。MC68HC908LJ12单片机在对FLASH进行擦写的过程中，一旦FLASH控制寄存器(FLCR)的高压允许位HVEN置1，整个FLASH阵列会被加上一个高于普通工作电压的编程电压，此时对FLASH内任意字节的读取都是不稳定的，执行的代码也可能是完全错误的。所以，开发者在调用FLASH擦写子例程前，需将子例程复制到RAM中，然后跳转到RAM中执行。
在用户模式下另一种在线编程的方法是利用固化在监控ROM中监控代码，这样，既可以减少有限的RAM空间的使用，也可以免去用户编写ICP代码的麻烦。Motorola提供了监控代码的入口地址，用户只需提供总线频率、目标FLASH的起始地址、数据队列大小以及数据队列等参数，然后调用“JSR 入口地址”命令即可使用。

结语
FLASH给开发者提供了快速的方便的编程和开发方法，同时也给单片机的应用开拓了更大的空间。合理地利用片内集成FLASH的单片机可以降低开发成本，缩短产品的开发周期。本文就MC68HC908LJ12单片机的FLASH的编程技术展开了一些探讨，FLASH的编程的其他功能有待于大家去挖掘。