Flash单片机自编程技术
flash的可自编程性（self-programmability）是指，用flash存储器中的驻留软件或程序对flash存储器进行擦除/编程，但是，要求运行程序代码的存储区与待编程的存储区不在同一模块中。因此，只有一个片上flash存储器模块的微处理器，是不能在进行擦除/编程flash操作的同时执行程序的。
目前，有两种途径可以解决：①在擦除/编程flash的过程中，将cpu置于空闲状态；②将擦除/编程flash的指令复制到ram，再由cpu来执行。
ti公司的msp430系列flash型单片机内部集成有flash控制器，可以采用外部编程器进行烧写，也可以利用自己的程序修改flash的内容，且不用外加编程电压。在进行系统设计时，可以利用片内的flash保存一些运行数据，实现掉电保护；还可以修改flash中的整个程序或局部程序，实现在系统升级。
本文以ti公司的msp430系列flash型芯片为例，对如何进行flash的自编程操作做进一步的探讨。
1 msp430芯片flash存储器的结构
flash存储器模块是一个可独立操作的物理存储器单元。全部模块安排在同一个线性地址空间中，一个模块又可以分为多个段。当对flash存储器段中的某一位编程时，就必须对整个段擦除，因此，flash存储器必须分为较小的段，以方便地实现擦除和编程。图1是msp430芯片上flash存储器模块的结构框图。该flash存储器模块包含如下部分：
控制逻辑——控制flash擦除和编程时的机器状态和时序发生器；
flash保护逻辑——避免意外的flash擦除和编程操作；
编程电压发生器——提供flash擦除和编程所需全部电压的集成电荷泵；
3个16位控制寄存器——fctl1、fctl2、fctl3控制flash模块的全部操作；
存储器本身。
2 flash存储器的擦除和编程操作
通常cpu访问flash是为了读取数据或者是执行程序，这时数据、地址锁存器是透明的，时序发生器和电压发生器关闭。然而，我们有时候需要在程序执行的过程中对flash的内容进行修改，这时就需要对控制寄存器fctlx进行适当的设置，以保证擦除/编程操作的正确执行。当进行擦除/编程操作时，flash模块中的时序发生器将产生全部内部控制信号，控制全部执行过程。这时cpu是不能访问flash的，因此所要执行的程序指令必须从别的地方调用，如ram，或者将cpu置于空闲状态。当flash的编程结束后，cpu才能重新获得对flash的控制权。 msp430系列芯片中只集成了一个flash模块用作程序和数据存储器。这就意味着在对flash进行编程时，中断向量是不起作用的，任何中断请求都得不到响应。所有可能的中断源（包括看门狗）在对flash进行擦除/编程操作前，都应该被屏蔽掉，如程序1所示。
程序1：禁止所有中断和watchdog
dint ；禁止所有可屏蔽中断
clr.b &ie1 ；禁止nmi、accv和of中断
mov #5a80h, &wdtctl ；关闭片内看门狗
2.1 直接进行的flash自编程
msp430独有的一个特点就是，其flash模块可以不用把程序代码拷贝到其它的存储器就可实现自编程。在flash自编程过程中，当cpu从flash中取指令时，flash会返回值 3fffh（jmp $）给cpu，使cpu处于无限循环直到flash自编程的结束，才会将下一条指令返回，从而使程序继续执行下去。
下面给出的程序2，对msp430芯片的flash进行自编程是非常容易实现的。不过这种方法也存在一个缺点：在flash进行自编程的过程中，cpu处于空闲状态，所以这时既不能执行程序，也不能响应中断，而且这种flash自编程方法只可用于字或字节编程模式，而不适用于速度更快的段写模式。
程序2：用同一模块软件将一个字写入flash存储器
fxkey .set 03300h
fwkey .set 0a500h
…… ；禁止所有中断
mov #(fwkey + wrt), &fctl1 ；允许对flash编程
mov #123h, &0fe1eh ；编程一个字
mov #fwkey, &fctl1 ；编程位复位
xor #(fxkey + lock), &fctl3 ；lock位置位
…… ；允许中断
2.2 通过ram程序调用实现flash自编程
在flash进行擦除和编程期间，cpu只能访问存于片上ram的程序指令。将flash中的程序复制进堆栈中，如程序3所示。当对flash进行擦写时，cpu就可以从ram中执行程序。flash的擦写操作完成后，flash就可以重新被访问，程序指针pc就会再次指向flash存储器，堆栈指针sp也会恢复。
从ram中执行程序，可以使cpu在flash被改写时依然保持运行。因此，msp430系列芯片在flash编程期间仍然可以通过uart模块接收数据。不过，在这种模式下是否接收到数据，只能通过查询uart的接收标志位来进行判断。
程序3：将flash中的程序指令拷贝进堆栈的程序
flash_ww
dint ；禁止所有中断
clr.b &ie1 ；禁止nmi、accv和op中断
mov #5a80h, &wdtctl ；关闭watchdog
mov #flash_ww_end, r13 ；定义拷贝进ram程序的
；结束地址和长度
mov #flash_ww_length, r15
mov #0a500h, &fctl3 ；清除lock位
copy
push @r13 ；将程序拷贝进ram
decd r13
dec r15
jnz copy
mov sp, r15
mov #0a54oh, &fctl1 ；wrt ＝ 1
call r15 ；调用ram中的flash写程序
mov #0a500h, &fctl1 ；wrt ＝ 0
mov #0a510h, &fctl3 ；lock ＝ 1
add #2*flash_ww_length, sp
ret
flash_ww_start
mov r14, 0(r12) ；向flash写1字节
wait_bf
bit #1, &fctl3 ；检测busy位
jnz wait_bf
flash_ww_end
ret
flash_ww_length equ(flash_ww_end ?flash_ww_start + 2)/2
endmod
3 结 语
本文提出的两种flash自编程方法各有利弊。当cpu必须对事件作出快速反应时，如通过uart进行的数据通信，采用flash自编程开始时将flash中的程序代码复制进ram再执行的方法。如果对实时性要求不高，在flash自编程过程中，将cpu置于空闲状态的办法更为简单、直接。可以相信，随着flash型芯片的广泛应用和技术的不断发展，flash的自编程技术也将会有新的突破。
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本文以ti公司的msp430系列flash型芯片为例，对如何进行flash的自编程操作做进一步的探讨。
1 msp430芯片flash存储器的结构
flash存储器模块是一个可独立操作的物理存储器单元。全部模块安排在同一个线性地址空间中，一个模块又可以分为多个段。当对flash存储器段中的某一位编程时，就必须对整个段擦除，因此，flash存储器必须分为较小的段，以方便地实现擦除和编程。图1是msp430芯片上flash存储器模块的结构框图。该flash存储器模块包含如下部分：
控制逻辑——控制flash擦除和编程时的机器状态和时序发生器；
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编程电压发生器——提供flash擦除和编程所需全部电压的集成电荷泵；
3个16位控制寄存器——fctl1、fctl2、fctl3控制flash模块的全部操作；
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通常cpu访问flash是为了读取数据或者是执行程序，这时数据、地址锁存器是透明的，时序发生器和电压发生器关闭。然而，我们有时候需要在程序执行的过程中对flash的内容进行修改，这时就需要对控制寄存器fctlx进行适当的设置，以保证擦除/编程操作的正确执行。当进行擦除/编程操作时，flash模块中的时序发生器将产生全部内部控制信号，控制全部执行过程。这时cpu是不能访问flash的，因此所要执行的程序指令必须从别的地方调用，如ram，或者将cpu置于空闲状态。当flash的编程结束后，cpu才能重新获得对flash的控制权。 msp430系列芯片中只集成了一个flash模块用作程序和数据存储器。这就意味着在对flash进行编程时，中断向量是不起作用的，任何中断请求都得不到响应。所有可能的中断源（包括看门狗）在对flash进行擦除/编程操作前，都应该被屏蔽掉，如程序1所示。
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下面给出的程序2，对msp430芯片的flash进行自编程是非常容易实现的。不过这种方法也存在一个缺点：在flash进行自编程的过程中，cpu处于空闲状态，所以这时既不能执行程序，也不能响应中断，而且这种flash自编程方法只可用于字或字节编程模式，而不适用于速度更快的段写模式。
程序2：用同一模块软件将一个字写入flash存储器
fxkey .set 03300h
fwkey .set 0a500h
…… ；禁止所有中断
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…… ；允许中断
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dint ；禁止所有中断
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mov #flash_ww_end, r13 ；定义拷贝进ram程序的
；结束地址和长度
mov #flash_ww_length, r15
mov #0a500h, &fctl3 ；清除lock位
copy
push @r13 ；将程序拷贝进ram
decd r13
dec r15
jnz copy
mov sp, r15
mov #0a54oh, &fctl1 ；wrt ＝ 1
call r15 ；调用ram中的flash写程序
mov #0a500h, &fctl1 ；wrt ＝ 0
mov #0a510h, &fctl3 ；lock ＝ 1
add #2*flash_ww_length, sp
ret
flash_ww_start
mov r14, 0(r12) ；向flash写1字节
wait_bf
bit #1, &fctl3 ；检测busy位
jnz wait_bf
flash_ww_end
ret
flash_ww_length equ(flash_ww_end ?flash_ww_start + 2)/2
endmod
3 结 语
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