原创 （转载）C8051Fxxx程序丢失问题的分析

2009-05-23 16:01:45 作者：xn123 来源：《单片机与嵌入式系统》2007.12期 浏览次数：0 网友评论 0 条
作者：湖南大学    胡益   苏娟   周海燕
1 c8051fxxx单片机简单介绍和flash结构
　　c8051fxxx系列器件是silicon labs推出的一个高速单片机系列。这款单片机是完全集成的混合信号片上系统型mcu 芯片。
　　具有高速、流水线结构的8051 兼容的cip51内核；70%的指令的执行时间为1个或2个系统时钟周期；片上有丰富的片内外设，根据型号的不同，包括adc、dac、uart、捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列、spi、smbus等。
　　c8051fxxx单片机有大容量的flash存储器，用于程序代码和非易失性数据存储，可在系统编程。flash的结构是以扇区为单位组织的 （128 kb系列以1 024字节为1个扇区，64 kb系列以512字节为1个扇区）。非易失性flash可以用来存储系统的参数，如软件版本、生产日期等。flash可以使用编程器擦写，也可以在程序中 使用movx指令来修改，从而使flash 存储器具有在系统重新编程能力，允许现场更新8051 固件程序。flash的写和擦除操作由硬件自动定时，以保证操作正确通过。c8051fxxx的flash保存下载的程序，在系统上电后，单片机从 flash读出代码数据到ram，之后程序开始运行。
　　2 程序丢失问题的出现和原因
　　在一些实际应用中，系统重新上电后会出现程序不能正常运行的问题，常表现为“程序丢失”。通常是由于程序代码被损坏或被修改造成的。
　　造成程序丢失问题的原因很多，可以归结到一个基本原因，即对flash的访问失败而造成flash保存的代码出现错误。对于所有包含有 flash写/擦除子程序的系统，当cpu工作在规定的vdd、温度、系统时钟频率范围之外时，对flash进行写/擦除操作，都有可能出现flash数 据错误的现象。
　　2.1 flash数据错误的硬件原因
　　c8051fxxx单片机的flash操作由硬件控制，所以硬件上的不稳定可能造成flash操作错误。硬件原因主要是能影响cpu正常运行的因素，以及能影响flash操作环境的因素。这些因素包括操作电压、温度以及外部干扰脉冲等，具体如下：
　　① 能影响cpu运行可靠性的参数有系统时钟源。如果系统时钟由外部晶振提供，外部的电磁干扰引起尖脉冲，并耦合到系统时钟上，则会导致不可预知的操作。
　　② 系统在单片机的工作电压没有稳定（vdd上升时间低于规定的1 ms）时就已经完成复位，由于系统复位时需要从flash读出代码数据，flash电压不稳定会出现不可预测的错误。
　　③ 在对flash的操作过程中，如果温度、电压不稳定，也可能造成flash数据错误。
　　2.2 flash数据错误的软件原因
　　代码设计的缺陷是程序丢失的主要原因，因为单片机的flash是由硬件来控制的，不能由软件来控制操作的细节，所以程序的不完善可能造成 flash的访问出错，从而使flash数据出现错误。 这些操作包括： 在pswe位（psctl.0）置1时cpu执行中断服务程序中的movx写操作，该中断服务程序要使用xdata 或pdata 的易失性存储区单元，这样可能导致向xdata 或pdata存储区写的数据写到flash中了，从而出现问题。另外，如果使用外部晶振作系统时钟，在时钟没有稳定时就对flash进行写操作，也可能造 成程序丢失。
　　3 程序丢失问题的解决方法
　　针对以上可能的原因，可以从软硬件两个方面来解决程序丢失问题。在硬件方面，主要是给系统提供稳定的工作环境，并避免外部干扰对cpu运行环境的影响；在软件方面，主要是规范对flash的操作。
3.1 从硬件方面预防程序丢失
　　注意，以下的方法不是对所有的器件都适用，要根据具体的硬件情况选择相应的方法：
　　① 在rst引脚安装vdd监测电路，并将vdd监视设置为一个复位源（置rstsrc.1为1）。这样如果系统电压不稳定，系统将自动复位，从而避免在电压不稳时访问flash。
　　② 对外部晶振时钟2分频，更好的方法是使用内部振荡器，这样能提高系统时钟的抗干扰能力。
　　③ 如果使用外部晶振提供系统时钟，信号线应尽量靠近单片机的输入端，同时晶振外壳接地。
　　④ 对于使用外部晶振作时钟源的系统，应尽量增强晶振的驱动能力，这样也能在一定程度上预防程序丢失。
3.2 从软件方面预防程序丢失
　　程序丢失的主要原因是程序设计的缺陷，所以合理的程序代码设计能极大地预防该问题的出现。在代码中可以用多种方法来预防flash数据丢失：
　　① 在pswe=1下禁止中断，使得程序中的movx写指令是对flash而不是对xram。
　　② 在pswe=1下尽可能少地访问变量。在pswe=0下执行地址译码操作，并用间接寻址方式执行movx写操作。例如，向flash写多个字节，间接寻址和写pswe过程如下：
　　unsigned char xdata * idata pwrite;//使用idata指针指向flash
　　unsigned char *source;
　　unsigned char mydata;
　　for (addr = 0; addr <100; addr++) {
　　//pswe =0时获取要写入的数据
　　mydata = *source++;
　　//pswe =0时修改写入数据的目标地址
　　pwrite = (unsigned char xdata *) addr;
　　psctl = 0x01;//pswe=1
　　//赋值方式写入数据，此时不执行目标地址的修改操作
　　*pwrite = mydata;
　　psctl = 0x00;//pswe=0
　　}
　　以上代码中，当pswe = 1时只执行写flash操作（*pwrite = mydata）；其他操作，如修改addr的值、获取源数据和目的地址，都是在pswe = 0时执行的。
　　③ 将flash写/擦除指针指向data或idata区。
　　④ 减少将pswe置1的指令操作。理想的情况是只有两个操作将pswe置1，即写1个flash字节和擦除1个flash字节。
　　⑤ 在flash写/擦除函数中，使能vdd监视并设置复位源。使能和设置操作必须在实际的写操作发生之前，置pswe=1之后完成。
　　⑥ 代码中所有的对rstsrc的写操作均用直接赋值方式完成（如rstsrc = 0x02）,不能用读/写指令（如orl或anl）来完成。例如，代码“rstsrc |= 0x02”是非法的。
　　⑦ 对于能用porsf位来设置vdd为复位源的器件，保证在写rstsrc时置porsf＝1，即先使能vdd为复位源，再使能其他复位源的操作，如时钟丢失监测（missing clock detector）、比较单元和软件复位。
4 一个实际应用方案
　　在有的应用场合，由于需要较快的执行速度，不能使用单片机的内部时钟作系统时钟源，所以使用外部晶振来提供时钟。在这种情况下，首先要在硬件上确保系统工作参数正常。
　　在软件上，由于最常见的flash丢失原因是程序问题，所以可以在代码中用多种方法来预防flash数据丢失。首先，在初始化单片机时，使能 vdd检测，并设置vdd和时钟丢失为复位源。如果程序中有写/擦除flash的代码，则在写/擦除操作前切换系统时钟，将系统时钟切到内部时钟或对外部 时钟2分频；写/擦除操作完成之后，再恢复系统时钟，通过增加flash修改操作时的时间开销来实现系统的稳定［2］。以下以c8051f126为例，给出了系统时钟切换的程序清单：
　　void sysclkadjust(unsigned char select) {
　　ea_save=ea;
　　sfrpage=0x0f;
　　switch(select) {
　　case 0x01:
　　oscicn_save = oscicn;
　　clksel_save = clksel;
　　oscicn = 0xc3;//内部时钟，不分频
　　clksel = 0x00;
　　break;
　　case 0x02:
　　oscxcn_save = oscxcn;
　　oscxcn |= 0x70;//外部时钟2分频
　　break;
　　default://选择内部时钟
　　oscicn_save = oscicn;
　　clksel_save = clksel;
　　oscicn = 0xc3;
　　clksel = 0x00;
　　break;
　　}
　　}
　　要恢复系统时钟到flash操作前的状态，只需将clksel_save、oscicn_save、oscxcn_save重新写回到clksel、oscin、oscxcn。
　　c8051f126的系统时钟（sysclk）可以在内部时钟和外部时钟之间自由切换，切换时的操作要求如下：
　　① 在切换过程中，先设置所选时钟的属性，再用clksel将其设置为sysclk。
　　② 在还原过程中，先用clksel选择时钟源，再设置其属性。
　　③ 如果切换过程中关闭外部晶振，要再恢复外部时钟，启动后至少要等1 ms，再去读xtlvld（oscxcn.7）来判断晶振时钟是否稳定。否则，可能读到错误值。
　　④ 在外部时钟稳定运行后，再对其分频，不必插入等待周期。
　　⑤ 在切换过程中，可以保持外部时钟继续运行，这样在还原过程中就不必等待外部时钟稳定，从而节省时间开销，代价是系统功耗有所增加。
5 总结
程序丢失会带来各种不良的后果，最严重时致使程序无法正常运行，从而造成整个系统崩溃，给产品的应用带来麻烦。在系统的硬件设计和代码编写过程 中，通过对以上问题的注意，可以有效地防止程序丢失问题的出现。另外，由于系统时钟的切换只发生在flash的写/擦除过程中，操作结束后又恢复成原来的 设置，因而对系统运行速度的影响很小，从而保证了系统其他功能的实现。