В ряде моделей микроконтроллеров AVR и PIC используется встроенный аналоговый компаратор напряжения, сравнивающий входное напряжение на двух входах. Как только напряжение на неинвентирующем входе станет больше, чем на инвентирующем, на выходе компаратора устанавливается лог. 1. Часто аналоговый компаратор используют для сравнения некоторого входного напряжения с опорным (рис. 8.4).

Для активизации компаратора требуется предварительно перевести соответствующие выводы микроконтроллера в режим входов. Время срабатывания компараторов небольшое, поэтому с их помощью можно быстро формировать ответные реакции на изменение соотношений входных напряжений.

В микроконтроллерах AVR входам компаратора AIN0 и AIN1 обычно соответствуют разряды 0/1 или 2/3 порта В. В микроконтроллерах PIC конфигурация входов компаратора (вывода порта А) настраивается с помощью разрядов регистра CMCON, о чем речь пойдет чуть позже.

Содержимое FLASH-памяти программ, а также содержимое EEPROM-памяти данных может быть защищено от записи и/или чтения посредством программирования ячеек защиты (Lock Bits) LB1 и LB2. Возможные режимы защиты, соответствующие различным состояниям этих ячеек, приведены в табл. 8.2.

Таблица 8.2 Режимы защиты

В режимах 2 и 3 запрещается также изменение конфигурационных ячеек. Поэтому включение защиты следует выполнять в самую последнюю очередь, после программирования остальных областей памяти микроконтроллера.

Во всех микроконтроллерах семейства, кроме ATmega48x, имеется четыре дополнительные ячейки защиты - BLB02, BLB01, BLB12 и BLB11. Ячейки BLB02:BLB01 определяют уровень доступа из секции загрузчика к коду, расположенному в секции прикладной программы, а ячейки BLB12:BLB11, наоборот, определяют уровень доступа из секции прикладной программы к коду, расположенному в секции загрузчика. Отсутствие указанных ячеек в модели ATmega48x обусловлено отсутствием у последней выделенной секции загрузчика. Возможные режимы защиты, соответствующие различным состояниям этих ячеек, приведены в табл. 9.3 и табл. 9.4 соответственно.

Таблица 9.3 Режимы защиты секции прикладной программы

Таблица 9.4 Режимы защиты секции загрузчика

Все перечисленные ячейки защиты сгруппированы в одном байте. Расположение ячеек защиты в нем для разных моделей приведено на Рис. 14.1.

Рис. 9.1 Байт ячеек защиты

В исходном (запрограммированном) состоянии во всех ячейках защиты содержится 1, после программирования - 0. Стирание ячеек (запись в них лог. 1) может быть произведено только при выполнении команды «Стирание кристалла», уничтожающей также содержимое FLASH- и EEPROM-памяти.

Конфигурационные ячейки

Как следует из названия, конфигурационные ячейки (Fuse Bits) определяют различные параметры конфигурации микроконтроллера. Эти ячейки расположены в отдельном адресном пространстве, доступном только при программировании. Все конфигурационные ячейки сгруппированы в несколько байтов, а состав этих ячеек зависит от конкретной модели микроконтроллера. Наличие тех или иных ячеек в конкретном микроконтроллере можно определить по табл. 9.5, где в столбцах, отмеченных «звездочкой», указаны состояния конфигурационных ячеек по умолчанию. Краткое назначение всех конфигурационных ячеек приведено в табл. 9.6. Подробное описание их назначений было приведено в соответствующих главах книги.

Для изменения содержимого конфигурационных ячеек используются специальные команды программирования. Команда «Стирание кристалла» на состояние этих ячеек не влияет. Напоминаю, что при запрограммированной ячейке защиты LB1 конфигурационные ячейки блокируются.

Поэтому конфигурацию микроконтроллера необходимо задавать до программирования ячеек защиты.

Таблица 9.5 Конфигурационные ячейки микроконтроллеров семейства

Таблица 9.6 Назначение конфигурационных ячеек

1) Недоступна при программировании по последовательному каналу

2) Изменение состояния этой ячейки вступает в силу сразу же после ее программирования.

3) Только в ATmega48x.

Идентификатор

Все микроконтроллеры фирмы Atmel имеют три 8-битные ячейки, содержимое которых позволяет идентифицировать устройство. В первой ячейке содержится код производителя $00, во второй - код объема FLASH-памяти $01, а в третьей - код устройства $02. Как и конфигурационные ячейки, ячейки идентификатора расположены в отдельном адресном пространстве, доступ к которому возможен только в режиме программирования. Однако в отличие от конфигурационных ячеек ячейки идентификатора, по понятным причинам, доступны только для чтения.

Значение кода устройства у разных моделей может совпадать. Поэтому устройство следует идентифицировать только по совокупности значений ячеек $01 и $02, так как именно эта пара чисел является уникальной для каждого микроконтроллера.

Калибровочные ячейки

В калибровочные ячейки при изготовлении микроконтроллера заносятся калибровочные константы, предназначенные для подстройки на номинальную частоту внутреннего RС-генератора. Количество этих ячеек зависит от того, на скольких частотах может работать внутренний RC-генератор. В моделях ATmega8515x/8535x и ATmega8x/16x/32x/64x/128x имеется четыре 8-битных ячейки, а в остальных моделях - одна ячейка. Располагаются они в старших байтах адресного пространства ячеек идентификатора.

Загрузка калибровочной константы в регистр OSCCAL осуществляется аппаратно при нахождении микроконтроллера в состоянии сброса. Однако в моделях ATmega8515x/8535x и ATmega8x/16x/32x/64x/128x генератор автоматически калибруется только на частоту 1 МГц. Поэтому при использовании другой частоты RС-генератора его калибровку необходимо осуществлять вручную. Для этого программатор во время программирования должен прочитать содержимое калибровочной ячейки и занести его по какому-либо адресу FLASH-памяти программ. А программа должна после старта считать это значение из памяти программ и занести его в регистр OSCCAL.

Организация памяти программ и данных

Программирование по последовательному каналу

- подать на микроконтроллер напряжение питания;

- подать на вывод RESET напряжение НИЗКОГО уровня и сформировать не менее трех импульсов на выводе XTAL1;

- подать на выводы PAGEL, XA1, ХА0, BS1 напряжение НИЗКОГО уровня на время не менее 100 нс;

- подать напряжение 11.5... 12.5 В на вывод RESET и удерживать напряжение НИЗКОГО уровня на выводах PAGEL, XA1, ХА0, BS1 в течение, как минимум, 10 мкс. Любая активность на указанных выводах в течение этого времени приведет к тому, что микроконтроллер не перейдет в режим программирования выждать не менее 300 мкс перед посылкой следующей команды.

Стирание кристалла

Команда «Стирание кристалла» должна выполняться перед каждым перепрограммированием микроконтроллера. Данная команда полностью уничтожает содержимое FLASH- памяти и EEPROM-памяти, а затем сбрасывает ячейки защиты (записывает в них 1). Однако на состояние конфигурационных ячеек данная команда не влияет. Кроме того, в ряде моделей микроконтроллеров семейства Mega можно предотвратить стирание EEPROM-памяти путем программирования конфигурационной ячейки EESAVE.

Для выполнения команды «Стирание кристалла» необходимо выполнить следующие действия:

- загрузить команду «Стирание кристалла»;

- подать на вывод WR сигнал НИЗКОГО уровня;

- ждать появления на выводе RDY/BSY сигнала ВЫСОКОГО уровня.

Программирование FLASH-памяти

- загрузить команду «Запись FLASH-памяти»;

1) загрузить младший байт адреса (положение ячейки внутри страницы);

2) загрузить младший байт данных;

3) загрузить старший байт данных;

4) запомнить данные в буфере;

5) повторить пп. 2...5 до полного заполнения буфера страницы;

6) загрузить старший байт адреса (номер страницы);

7) записать страницу.

8) повторить все пункты для записи остальных страниц памяти программ;

9) завершить программирование, загрузив команду «Нет операции».

Необходимо отметить, что если для адресации ячейки памяти внутри страницы требуется меньше 8 битов (при размере страницы менее 256 слов), то оставшиеся старшие биты младшего байта адреса используются для адресации страницы при выполнении команды «Запись страницы».

Для чтения FLASH-памяти необходимо выполнить следующие действия:

1) загрузить команду «Чтение FLASH-памяти»;

2) загрузить старший байт адреса;

3) загрузить младший байт адреса;

4) установить ОЕ и BS1 в 0, после этого с шины данных DATA можно будет считать значение младшего байта содержимого ячейки памяти;

5) установить BS1 в 1, после этого с шины данных DATA можно будет считать значение старшего байта содержимого ячейки памяти;

6) установить ОЕ в 1.

Программирование EEPROM-памяти

1) загрузить команду «Запись EEPROM-памяти»;

2) загрузить старший байт адреса;

3) загрузить младший байт адреса;

4) загрузить байт данных;

5) запомнить данные в буфере;

6) повторить пп. 3...5 до полного заполнения буфера;

7) записать страницу.

Для чтения содержимого EEPROM-памяти необходимо выполнить следующие действия:

1) загрузить команду «Чтение EEPROM-памяти»;

2) загрузить старший байт адреса;

3) загрузить младший байт адреса;

4) установить ОЕ и BS1 в 0, после этого с шины данных DATA можно будет считать содержимое ячейки памяти;

5) установить ОЕ в 1.

Программирование конфигурационных ячеек

1) загрузить команду «Запись конфигурационных ячеек»;

2) загрузить младший байт данных. Если бит сброшен в 0, выполняется программирование соответствующей ячейки, если установлен в 1 - ее сброс;

3) записать младший байт конфигурации.

Старший конфигурационный байт:

1) Загрузить команду «Запись конфигурационных ячеек» (код 0100 0000).

2) Загрузить младший байт данных. Если бит сброшен в 0, выполняется программирование соответствующей ячейки, если установлен в 1 - ее сброс.

3) Записать старший байт конфигурации.

Программирование ячеек защиты

1) Загрузить команду «Запись ячеек защиты»;

2) Загрузить младший байт данных. Для программирования ячейки соответствующий бит должен быть сброшен в 0. Неиспользуемые биты должны быть всегда установлены в 1;

3) Записать младший байт конфигурации.

Программирование по интерфейсу JTAG

- тестирования печатных плат;

- конфигурирования (программирования) кристалла;

- внутрисхемной отладки.

Рассмотрим непосредственно только один из аспектов использования интерфейса JTAG, а именно программирование микроконтроллеров.

Доступ к модулю JTAG осуществляется через четыре вывода микроконтроллера, составляющих так называемый «порт тестового доступа» (Test Access Port - ТАР): TMS, TCK, TDI и TDO. Стандартная разводка 10-штырькового разъема для подключения JTAG-устройств приведена на рис. 9.4.

Работой модуля JTAG управляет так называемый ТАР-контроллер, представляющий собой конечный автомат с 16 состояниями. Диаграмма состояний ТАР-контроллера приведена на Рис. 14.14. Переход между состояниями осуществляется по нарастающему фронту сигнала ТСК в соответствии с сигналом, присутствующим на выводе TMS. После включения питания контроллер находится в состоянии Test-Logic-Reset.

Рис. 9.4 Разводка разъема JTAG

Использование интерфейса JTAG для программирования кристалла

Разрешение/запрещение интерфейса JTAG осуществляется при помощи конфигурационной ячейки JTAGEN. Если она не запрограммирована (1), то выводы ТАР работают как обычные контакты портов ввода/вывода, а ТАР-контроллер находится в состоянии сброса. Для включения интерфейса ячейка JTAGEN должна быть запрограммирована (состояние по умолчанию). Кроме того, должен быть сброшен бит JTD регистра MCUCSR или MCUCR (рис. 9.5). Причем, для изменения состояния этого бита новое значение необходимо записать в него дважды в течение четырех тактов.

Описанный механизм позволяет использовать выводы ТАР как в качестве контактов портов ввода/вывода при нормальном функционировании микроконтроллера, так и в качестве выводов собственно порта JTAG при программировании кристалла. Разумеется, этот механизм не применим в том случае, если порт JTAG используется для отладки или тестирования.

Рис. 9.5 Регистры MCUCSR/MCUCR применительно к интерфейсу JTAG

Команды JTAG, используемые при программировании

AVR_RESET

Эта команда предназначена для перевода микроконтроллера в состояние сброса и соответственно вывода его из этого состояния. В качестве регистра данных выбирается 1-битный регистр сброса (Reset Register). Запись 1 в этот регистр эквивалентна подаче на вывод RESET микроконтроллера напряжения НИЗКОГО уровня. В состоянии сброса микроконтроллер будет находиться до тех пор, пока в регистр сброса не будет записан 0.

PROG_ENABLE

Эта команда предназначена для разрешения программирования кристалла через порт JTAG. В качестве регистра данных выбирается 16-битный регистр разрешения программирования (Programming Enable Register).

При записи в этот регистр числа $А370 (сигнатура разрешения программирования) разрешается программирование микроконтроллера по интерфейсу JTAG. При выходе из режима программирования этот регистр должен сбрасываться.

PROG_COMMANDS

Эта команда предназначена для загрузки команд программирования и выдачи результатов их выполнения (если они есть). В качестве регистра данных выбирается 15-битный регистр команд (Programming Command Register).

PROG_PAGELOAD

Эта команда предназначена для непосредственной загрузки страницы памяти программ через порт JTAG. Реализация этой команды зависит от модели микроконтроллера.

PROG_PAGEREAD

Эта команда предназначена для считывания содержимого страницы памяти программ через порт JTAG. Реализация этой команды также зависит от модели микроконтроллера.

Размещено на Allbest.ru