Встраиваемые системы. Проектирование приложений на микроконтроллерах семейства 68HC12/HCS12 с применением языка С - Стивен Барретт

4.7. Подсистема памяти МК B32

Подсистема памяти МК семейства 68HC12/HCS12 включает четыре различных модуля памяти: энергонезависимая Flash-память программ, энергонезависимая EEPROM память данных, статическое ОЗУ и блок регистров специальных функций для управления режимами работы периферийных модулей. Расположение различных модулей памяти в адресном пространстве МК принято отражать на так называемой карте памяти. Карта памяти МК B32 представлена на рис. 4.11. Указанные на ней адреса будут действительны при выходе МК из состояния сброса. В ходе исполнения прикладной программы адресное пространство для каждого модуля памяти может быть изменено (см. 4.5.1.). Тогда для обращения к ячейкам памяти будут использоваться не указанные на рис. 4.11 физические адреса, а измененные виртуальные адреса.

Рис. 4.11. Карта памяти МК B32 в составе отладочной платы MC68HC912B32EVB

Микроконтроллер B32 предназначен для использования преимущественно в однокристальном режиме работы. Он содержит в себе 32Кб ПЗУ программ, 768 байт памяти типа EEPROM, 1Кб статического ОЗУ и 512 регистров управления.

Строго говоря, аббревиатура EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM) обозначает энергонезависимую память с электрическим программированием и электрическим стиранием. Поэтому и резидентная память программ, выполненная на основе технологии FLASH, и энергонезависимая память данных должны быть характеризованы как EEPROM. Однако энергонезависимая память программ и энергонезависимая память данных отличаются по своим свойствам не только на уровне технологии изготовления, но и на уровне разработчика встраиваемых систем. Память типа Flash допускает выполнение операции стирания только над некоторым множеством ячеек, что неудобно при необходимости замены только одного байта информации. Энергонезависимая память данных позволяет стереть и потом запрограммировать один байт информации. Однако ячейки памяти с подобным свойством занимают значительную площадь полупроводникового кристалла МК, поэтому на их основе не может быть выполнена память программ большого объема. Во избежание путаницы у российских разработчиков принято использовать аббревиатуру EEPROM только для памяти с побайтным стиранием и побайтным программированием. А память со стиранием блоками обозначают как Flash, хотя и эта память по своим свойствам относится к EEPROM.

Используя МК от Freescale Semiconductor, в частности семейство 68HC12/HCS12 следует знать, что гарантированное число циклов стирания/программирования для МК HCS12 составляет 10000, а для МК 68HC12 — всего 100. Именно поэтому во многих отладочных средствах на основе МК 68HC12 рекомендуется промежуточные версии программы записывать и исполнять из ОЗУ. Поскольку резидентное ОЗУ у микроконтроллеров обладает недостаточным объемом для размещения программы, то многие отладочные платформы используют расширенный режим работы МК с подключением внешнего ОЗУ. В МК семейства HCS12 для целей отладки обычно используется внутреннее Flash ПЗУ программ, т.к. 10000 циклов перезаписи обычно достаточно для внесения всех исправлений в процессе отладки.

В процессе эксплуатации память типа EEPROM часто используют для создания счетчиков аварийных ситуаций на объекте. Возможные аварии предварительно классифицируются, в системе устанавливаются датчики, которые позволяют микроконтроллеру отнести возникшую аварийную ситуацию к тому или иному типу. Если тип аварии диагностирован, то МК увеличивает соответствующий счетчик и запоминает его новое состояние в энергонезависимой памяти данных типа EEPROM. Такое решение позволяет сохранить информацию об авариях даже при отключении системы питания.

4.7.1. Карта памяти МК B32

Карта памяти МК определяет, по каким адресам в конкретной модели МК расположены блоки памяти. Процессорное ядро HC12 позволяет линейно адресовать 64К слов памяти. Поскольку МК 68HC12 используют однобайтовые ячейки памяти, то получается, что при линейной адресации в МК семейства 68HC12 адресуют 64 Кб памяти. Определение «линейная адресация» означает, что в любой момент времени без применения дополнительных команд МК может обратиться к ячейке памяти с любым адресом из диапазона $0000…$FFFF.

Карта памяти МК B32 приведена на рис. 4.11. Резидентная память (т.е. память, расположенная на кристалле МК) включает четыре блока памяти: 512 байт регистров специальных функций для управления периферийными модулями, 1 Кб оперативного запоминающего устройства для хранения промежуточных результатов вычислений, 768 байт энергонезависимой памяти типа EEPROM с побайтным стиранием и побайтным программирования для хранения уставок программы пользователя, 32 Кб энергонезависимой Flash памяти для размещения прикладной программы пользователя. На рис. 4.11 карта памяти учитывает особенности размещения резидентной программы отладки D-Bug12 при работе МК в составе платы отладки MC68HC912B32EVB:

• $8000…$F600 — код программы отладчика D-Bug12;

• $F680…$F6BF — область пользователя;

• $F6C0…$F6FF — область D-Bug12;

• $F700…$F77F — код запуска D-Bug12;

• $F780…$F7FF — таблица векторов для режима отладки;

• $F800…$FBFF — зарезервированная разработчиком область;

• $FC00…$FFBF — код программы загрузчика в EEPROM;

• $FFC0…$FFFF — вектора сброса и прерывания.

Из представленного распределения адресного пространства МК в составе платы отладки видно, что код программы отладчика занимает практически всю область Flash ПЗУ, которая в реальных проектах предназначается для прикладной программы управления. А где же предполагается размещать отлаживаемую программу? Ответ на этот вопрос Вы найдете в параграфе 4.3.1.

4.7.2. Изменение адресов в карте памяти МК

Внимательно проанализировав распределение адресного пространства в карте памяти МК, можно заметить, что часть доступного адресного пространства не используется резидентной памятью микроконтроллера. Так в МК B32 (рис. 4.11) в диапазоне адресов $01FF…$0800, $0BFF…$0D00 и $0FFF…$8000 память отсутствует. Именно это незанятое адресное пространство может быть использовано для подключения внешней памяти в расширенных режимах работы МК. В процессе подключения внешней памяти может оказаться, что отдельные блоки внутренней памяти МК желательно «переместить» в пределах адресного пространства МК. Тогда схемотехника подключения внешней памяти упростится. Для назначения новых, виртуальных адресов блоков резидентной памяти МК предназначены три регистра специальных функций:

• INITRG — регистр базового адреса блока регистров специальных функций;

• INITRM — регистр базового адреса блока ОЗУ;

• INITEE — регистр базового адреса блока EEPROM.

В состоянии сброса МК эти регистры указывают на реальные, физические адреса перечисленных блоков памяти. Назначение виртуальных адресов блоков обычно происходит на начальном этапе выполнения программы в секции инициализации.

4.8. Подсистема памяти МК DP256

Карта памяти для МК DP256 приведена на рис. 4.12. Расположение различных модулей памяти в адресном пространстве МК чрезвычайно похоже на рассмотренный ранее МК B32. Основное отличие подсистемы памяти DP256 от B32 — это наличие системы страничной адресации, которая позволяет обращаться к более чем 64 Кб памяти с использованием 16 разрядной магистрали адреса. Объем резидентной памяти МК DP256 составляет 256 Кб. Модули резидентного ОЗУ, EEPROM и регистры специальных функций доступны, как и ранее, с использованием обычной адресации в пределах 64 Кб (см. рис. 4.12). Основная часть ПЗУ программ разделена на страницы по 16 Кб, причем каждая из страниц может отображаться на одном и том же адресном пространстве $8000–$BFFF. Выбор конкретной страницы осуществляется занесением под управлением программы ее кода в специальный регистр. Поэтому частое переключение между страницами программной памяти замедляет исполнение программы.

Рис. 4.12. Карта памяти МК семейства HCS12 DP256

1. Каков объем Flash памяти программ МК B32?

Ответ: 32 Кб.

2. Как занести программу пользователя во Flash-память МК B32, установленного на отладочной плате M68EVB912B32?

Ответ: Для этого может быть использована программа загрузчика, которая поместит программу пользователя в область EEPROM, начиная с адреса $D000, или в область Flash ПЗУ начиная с адреса $8000. Однако в последнем случае программа монитора отладки D-Bug12 будет потеряна.

3. Сколько раз можно перепрограммировать резидентное Flash ПЗУ программ МК?

Ответ: 100 раз в МК семейства 68HC12 и 10000 раз в МК семейства HCS12.

4. Сколько раз можно перезаписать данные в энергонезависимой памяти данных типа EEPROM?

Ответ: гарантированное число циклов стирания/программирования резидентной энергонезависимой памяти данных равно 10000. На практике это число значительно больше.