MAXQ7665尋頁程序和數據閃存的應用內編程

本應用筆記介紹如何管理帶有頁面擦除（PE）閃存的MAXQ7665閃存微控制器（μC）中的內部數據和程序閃存。此討論包括有關執行程序閃存的應用程序內編程 （IAP） 的一般信息。

內存映射

本節詳細介紹MAXQ7665 μC系列各種存儲器尺寸的一般閃存信息和存儲器結構。MAX7665器件提供三種類型的閃存：扇區擦除、單字擦除和兩頁擦除。本文檔僅介紹帶PE閃存和兩頁擦除數據閃存的MAXQ7665器件;該討論不適用于僅扇區擦除設備或具有單字可擦除數據閃存的設備。

表1至表3分別顯示了從程序閃存、實用程序ROM和數據SRAM執行代碼時16KB器件的存儲器映射。圖 1 和圖 2 顯示了 16KB 和 256B 程序閃存的扇區和頁面結構。其他閃光燈選項可用;請參考MAXQ7665數據資料獲取完整列表。

表 1.16KB 內存空間 — 從程序閃存執行

表 2.16KB 內存空間 — 從實用程序 ROM 執行

表 3.16KB 內存空間 — 從數據 SRAM 執行

圖1.16KB程序閃存的扇區/頁面結構。

圖2.256B數據閃存的扇區/頁面結構。

使用數據閃存存儲數據

閃存可用于可靠地存儲系統數據，這些數據需要在系統運行期間進行一次或定期編程。與EEPROM不同，MAXQ7665上的PE閃存不能被字節/字擦除。必須一次擦除兩頁。這通常需要 10 毫秒，但在最壞的情況下可能需要更長的時間。在此期間，用戶代碼將停止，因此不會進行其他處理。

有多種存儲數據到閃存的技術，在為應用程序選擇適當的方法時，必須考慮幾個因素。應用程序是否需要確保在新數據完全寫入之前當前數據保持不變？如果答案是肯定的，那么某種形式的組切換技術是必要的，這樣在寫入新數據時不會丟失當前數據。在產品的生命周期內將發生多少個擦除/寫入周期？如果擦除/寫入周期數將超過數據手冊中規定的最大值，則使用綁定隊列方法可以將這些周期分散到數據閃存的多頁上，從而顯著增加總擦除/寫入周期。對于大多數周期性數據存儲需求，銀行交換和/或有界隊列技術滿足系統的可靠性要求和需求。以下是每種技術的簡單示例。

銀行切換

存儲體交換是在擦除/寫入周期中防止數據丟失或損壞的有效方法。此方法通過始終維護至少一個數據副本來很好地工作。組交換的缺點是它需要的數據閃存量是有界隊列方法的兩倍。事實上，銀行切換實際上只是隊列大小為 2 的有界隊列方法。因此，有關如何實現有界隊列的詳細信息，請參閱下一節。

有界隊列

有界隊列是受固定數量的項限制的隊列，通常在處理定期數據時使用。有界隊列是通過創建與所需數據塊大小相等的“條目”的固定長度隊列來形成的。條目大小特定于應用程序，必須向上舍入到最接近的頁面擦除邊界。注意：可以擦除的最小大小為兩頁/字。雖然可以根據應用程序要求以多種方式對數據閃存進行分區，但由于數據閃存施加的兩頁擦除限制，條目被限制為兩頁的倍數。例如，512 x 16 數據閃存可以分為 32 個 16 字條目，這將產生表 4 中的內存映射。

初始化后，啟動例程可以掃描隊列條目以確定隊列中的下一個可用條目。一旦隊列已滿，就可以使其包裝回開頭。擦除數據閃存條目后，可以寫入新條目。圖 3 說明了進入有界隊列的條目流。

圖3.有界隊列流的圖示。

實用程序 ROM 閃存例程

為了編程、擦除和驗證閃存，MAXQ7665微控制器在ROM （只讀存儲器）中提供了片內閃存支持程序。有兩種方法可以訪問這些例程：直接訪問和通過查找表間接訪問。最快的方法是直接訪問，即直接調用例程。為此，請提供包含以下行的頭文件：

u16 flashErasePage(void *);
u16 flashEraseSector(void *);
u16 flashEraseAll(void);

u16 dataFlashWrite(u16 *pAddress, u16 iData);
u16 dataFlashErasePage(void *);
u16 dataFlashEraseSector(void *);
u16 dataFlashEraseAll(void);

接下來，添加鏈接器定義以為每個例程分配適當的地址。對于 IAR 鏈接器文件，添加的行如下所示：

-DflashEraseSector=0x8XXX
-DflashErasePage=0x8XXX
-DflashEraseAll=0x8XXX

將 0x8XXX 替換為每個例程的相應內存地址。其他編譯器可能會使用不同的方法來添加這些引用。

flashWrite（） 實用程序例程不能直接從 C 調用，因為參數傳遞與 C 語言不兼容。必須編寫如下所示的小型程序集例程才能調用此函數。

注意：直接訪問方法不提供與未來 ROM 版本的向前兼容性。

第二種方法是通過表查找進行間接訪問。此方法提供了與未來ROM版本的更大兼容性，但消耗更多的執行時間。在下面描述的每個例程之后，程序集例程使用表查找方法來獲取 ROM 實用程序例程的地址。表 5 顯示了實用程序 ROM 提供的閃存例程。有關實用程序ROM例程的完整列表，請參考MAXQ7665用戶指南。

下面的匯編代碼示例使用間接尋址方法（查找表）調用 flashWrite（） 實用例程。此例程可由 C 代碼調用。

; This routine is callable by C code using the following prototype
; u16 flashWrite(u16 *pDest, u16 *pSrc);
;
flashWrite:
    move APC, #0           ; No auto inc/dec of accumulator.
    move AP,  #2           ; Set ACC to A[2].
    move DP[0], #0800Dh    ; This is where the address of the table is stored.
    move ACC, @DP[0]       ; Get the location of the routine table.
    add  #14               ; Add the index to the flashWrite routine.
    move DP[0], ACC
    move ACC, @DP[0]       ; Retrieve the address of the routine.
    push DP[1]             ; Save Frame Pointer on the stack.
    move DP[0],A[0]        ; Move argument 0(dest address) to DP[0].
    move DP[1],A[1]        ; Move argument 1(src address) to DP[1].
    call ACC               ; Execute the routine.
    pop  DP[1]             ; Restore Frame Pointer.
    ret                    ; Status returned in A[0].

; This routine is callable by C code using the following prototype
; u16 flashErasePage(void *pAddress);
;
flashErasePage:
    move APC, #0           ; No auto inc/dec of accumulator.
    move AP,  #1           ; Set ACC to A[1].
    move DP[0], #0800Dh    ; This is where the address of the table is stored.
    move ACC, @DP[0]       ; Get the location of the routine table.
    add  #1                ; Add the index to the flashEraseSector routine.
    move DP[0], ACC
    move ACC, @DP[0]       ; Retrieve the address of the routine.
    call ACC               ; Execute the routine.
    ret                    ; Status returned in A[0].

; This routine is callable by C code using the following prototype
; void flashEraseAll(void);
;
flashEraseAll:
    move APC, #0           ; No auto inc/dec of accumulator.
    move AP,  #0           ; Set ACC to A[0].
    move DP[0], #0800Dh    ; This is where the address of the table is stored.
    move ACC, @DP[0]       ; Get the location of the routine table.
    add  #2                ; Add the index to the flashEraseAll routine.
    move DP[0], ACC
    move ACC, @DP[0]       ; Retrieve the address of the routine.
    call ACC               ; Execute the routine.
    ret

下面的匯編代碼示例將 moveDP0 轉換為 C 可調用例程。如果速度對應用程序至關重要，則應為特定任務編寫自定義匯編語言例程。有幾個像這樣的實用程序ROM例程將有助于從閃存寫入有效的數據傳輸。

; This routine is callable by C code using the following prototype
; u16 flashRead(u16 *pAddress);
;
flashRead:
    move APC, #0           ; No auto inc/dec of accumulator.
    move AP,  #1           ; Set ACC to A[1].
    move DP[0], #0800Dh    ; This is where the address of the table is stored.
    move ACC, @DP[0]       ; Get the location of the routine table.
    add  #3                ; Add the index to the moveDP0 routine.
    move DP[0], ACC
    move ACC, @DP[0]       ; Retrieve the address of the routine.
    push DP[1]             ; Save Frame Pointer on the stack.
    move DP[0],A[0]        ; Move argument 0(src address) to DP[0].
    call ACC               ; Execute the routine.
    pop  DP[1]             ; Restore Frame Pointer.
    move A[0],GR
    ret                    ; Data word returned in A[0].

; This routine is callable by C code using the following prototype
; u16 flashEraseSector(void *pAddress);
;
flashEraseSector:
    move APC, #0           ; No auto inc/dec of accumulator.
    move AP,  #1           ; Set ACC to A[1].
    move DP[0], #0800Dh    ; This is where the address of the table is stored.
    move ACC, @DP[0]       ; Get the location of the routine table.
    add  #15               ; Add the index to the flashEraseSector routine.
    move DP[0], ACC
    move ACC, @DP[0]       ; Retrieve the address of the routine.
    call ACC               ; Execute the routine.
    ret                    ; Status returned in A[0].

下面的匯編代碼示例使用間接尋址方法（查找表）調用 dataFlashWrite（） 實用工具例程。此例程可由 C 代碼調用。

; This routine is callable by C code using the following prototype
; u16 dataFlashWrite(void *pAddress, u16 iData);
;
dataFlashWrite:
    move APC, #0           ; No auto inc/dec of accumulator.
    move AP,  #2           ; Set ACC to A[2].
    move DP[0], #0800Dh    ; This is where the address of the table is stored.
    move ACC, @DP[0]       ; Get the location of the routine table.
    add  #16               ; Add the index to the flashWrite routine.
    move DP[0], ACC
    move ACC, @DP[0]       ; Retrieve the address of the routine.
    call ACC               ; Execute the routine.
    ret                    ; Status returned in A[0].

; This routine is callable by C code using the following prototype
; u16 dataFlashErasePage(void *pAddress);
;
dataFlashErasePage:
    move APC, #0           ; No auto inc/dec of accumulator.
    move AP,  #1           ; Set ACC to A[1].
    move DP[0], #0800Dh    ; This is where the address of the table is stored.
    move ACC, @DP[0]       ; Get the location of the routine table.
    add  #18               ; Add the index to the dataFlashErasePage routine.
    move DP[0], ACC
    move ACC, @DP[0]       ; Retrieve the address of the routine.
    call ACC               ; Execute the routine.
    ret                    ; Status returned in A[0].

; This routine is callable by C code using the following prototype
; u16 dataFlashEraseSector(void *pAddress);
;
dataFlashEraseSector:
    move APC, #0           ; No auto inc/dec of accumulator.
    move AP,  #1           ; Set ACC to A[1].
    move DP[0], #0800Dh    ; This is where the address of the table is stored.
    move ACC, @DP[0]       ; Get the location of the routine table.
    add  #19               ; Add the index to the dataFlashEraseSector routine.
    move DP[0], ACC
    move ACC, @DP[0]       ; Retrieve the address of the routine.
    call ACC               ; Execute the routine.
    ret                    ; Status returned in A[0].

; This routine is callable by C code using the following prototype
; void dataFlashEraseAll(void);
;
dataFlashEraseAll:
    move APC, #0           ; No auto inc/dec of accumulator.
    move AP,  #0           ; Set ACC to A[0].
    move DP[0], #0800Dh    ; This is where the address of the table is stored.
    move ACC, @DP[0]       ; Get the location of the routine table.
    add  #20               ; Add the index to the flashEraseAll routine.
    move DP[0], ACC
    move ACC, @DP[0]       ; Retrieve the address of the routine.
    call ACC               ; Execute the routine.
    ret

應用程序內編程 （IAP）

大多數基于閃存的系統的一個重要要求是能夠在系統安裝在最終產品中時更新固件。此過程稱為應用程序內編程 （IAP）。本節將概述創建 IAP 應用程序的一般準則。

上一節中概述的實用程序 ROM 閃存例程執行擦除和寫入閃存 ROM 所需的所有操作。因此，最終用戶應用程序可以在閃存上執行操作。與任何其他子例程調用一樣，控件將在例程完成后返回到最終用戶的代碼。

對于可靠的 IAP，引導加載程序應用程序必須與主應用程序分開。這確保了即使在發生不完整的重編程序列后，也可以重試重編程過程。

引導加載程序

ROM 在初始化后跳轉到尋址0x0000。因此，引導加載程序應用程序的入口點必須放在0x0000處。引導加載程序應用程序可以根據需要擴展到任意數量的閃存扇區/頁面，但使用的任何頁面都不適用于用戶的應用程序代碼。表6列出了擦除和寫入閃存時必須滿足的具體要求。

圖4中的流程圖顯示了MAXQ7665退出復位狀態時的作用。在診斷ROM本身并驗證閃存已準備就緒后，ROM初始化代碼將直接跳轉到地址0x0000。

圖4.簡化ROM初始化的流程圖。

圖 5 流程圖顯示了一個簡單的引導加載程序應用程序如何運行。一個簡單的應用程序標頭可能如下所示：

typedef struct {
    u16 iSize;  // The size of the application in words
    u32 iCRC;   // The CRC of the application
    u8 ID[8];   // ID string for current application
} APPLICATION_HEADER;

使用此標頭中的信息，引導加載程序可以檢查主應用程序的有效性，并在請求時報告版本標識。

圖5.簡化的閃存引導加載程序的流程圖。

編程順序本身非常簡單。通過調用 flashEraseSector（） 和/或 flashErasePage（） 擦除包含主應用程序代碼的每個扇區/頁面。然后通過為每 32 個需要編程的單詞調用 flashWrite（） 一次寫一頁。我們建議您先擦除包含應用程序標題的頁面，最后對CRC數據進行編程，以最大程度地減少CRC匹配錯誤的可能性。重新刷新通過串行端口獲取數據的微控制器的一個非常簡單的例程如下所示：

/*
// VerySimpleReFlash()
//    As simple as it gets.
//    Step 1. Wait for erase command, then erase flash.
//    Step 2. Wait for program command, program flash one word at a time.
*/
void VerySimpleReFlash()
{
u16 iStatus;             // The status returned from flash utility ROM calls
s32 iSize;               // The size of the main code to program
u16 *pAddress = 0x2000;  // The starting address of the main application
u16 i;

    InitializeCOMM();    // Can be CAN or UART.
    WaitForEraseCommand();

    // Assume that application starts at the beginning of a sector.
    for (i=C_START_SECTOR;i 0)
    {
        u16 iData[32];
        Get32WordsFromCOMM(iData);
        iStatus = flashWrite(pAddress, iData);
        if (iStatus)
            break;
        pAddress += 32;
        iSize -= 32;
        UpdateWatchdog();    // Prevent timeout
    }

    SendFlashWriteResponse(iStatus);
    ResetMicro();
}

審核編輯：郭婷