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STC51單片機(jī)里面有一段出廠時(shí)固化的程序，這段程序的作用是檢測(cè)串口是否要下載程序，不需要?jiǎng)t執(zhí)行單片機(jī)內(nèi)的用戶程序。每次啟動(dòng)時(shí)運(yùn)行這端程序，這就是為什么每次下載時(shí)要冷啟動(dòng)。而復(fù)位后單片機(jī)是從地址0X0000H處開(kāi)始執(zhí)行，地址0X0000H又會(huì)指向主程序入口，即主函數(shù)處，即片內(nèi)下載的用戶程序而不會(huì)執(zhí)行前面已經(jīng)固化的檢測(cè)串口那段程序。這就是為什么單片機(jī)每次下載要冷啟動(dòng)，而復(fù)位不行。注意，程序前面的宏定義什么的東西不占用系統(tǒng)時(shí)間，所以主程序即主函數(shù)處。
有一個(gè)辦法可以給那些需要加電立刻啟動(dòng)的用戶，STC單片機(jī)可以設(shè)置為加電時(shí)只有P1.0/P1.1為低電平時(shí)開(kāi)始下載程序，否則直接執(zhí)行用戶程序。這種辦法快，不用等前面檢測(cè)串口的那段時(shí)間。STC51單片機(jī)冷啟動(dòng)是必須的而復(fù)位電路不是必須的，不管是冷啟動(dòng)還是手動(dòng)啟動(dòng)。也就是想下載程序必須冷啟動(dòng)，而有沒(méi)有復(fù)位電路無(wú)所謂。但是最小系統(tǒng)板上必須有復(fù)位電路，無(wú)論是上電復(fù)位，還是上電加手動(dòng)復(fù)位，雖然在一些簡(jiǎn)單的程序中看不出區(qū)別，但是因?yàn)閺?fù)位操作會(huì)對(duì)一些特殊寄存器產(chǎn)生影響，這樣沒(méi)有復(fù)位操作的話再次執(zhí)行函數(shù)的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。單片機(jī)斷電后在通電也會(huì)從主函數(shù)處繼續(xù)執(zhí)行，可能是單片機(jī)斷電后地址自動(dòng)回到0X0000H，但是那些特殊寄存器里的值不會(huì)改變。
單片機(jī)的上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位是比較簡(jiǎn)單的電路，只要是根據(jù)單片機(jī)手冊(cè)要求的復(fù)位時(shí)間TRESET要小于復(fù)位電路中的RC常數(shù)。
單片機(jī)下載程序一般都是通過(guò)串口，即上位機(jī)（STC-ISP）與單片機(jī)的底層通信都是通過(guò)串口協(xié)議實(shí)現(xiàn)的，兩者之間更為高級(jí)的通信協(xié)議是建立在串口協(xié)議上的。
Note2：上位機(jī)（STC-ISP）檢測(cè)單片機(jī)時(shí)序
波特率即為串口發(fā)送每比特所占用的時(shí)間，此處為2400，即每比特所占用的時(shí)間為1/2400=4.167*E-4 （S）；可以點(diǎn)擊檢測(cè)MCU選項(xiàng)，上位機(jī)開(kāi)始與單片機(jī)握手。整個(gè)握手過(guò)程可以從圖2.2中獲得，圖中橙色為上位機(jī)發(fā)送的詢問(wèn)脈沖，藍(lán)色為單片機(jī)的響應(yīng)脈沖
燒錄
我買到的型號(hào)是 STC90C516RD+，跑程序的流程大概是這樣的：
用 Keil 編譯成hex或者bin文件。
用USB線連接電腦和開(kāi)發(fā)板，然后用STC或普中科技的燒錄軟件把文件寫入單片機(jī)，就可以運(yùn)行了。
開(kāi)發(fā)板上集成了 CH340T 芯片，將USB轉(zhuǎn)換成串口，連接到單片機(jī)，所以電腦和單片機(jī)的通信協(xié)議是串口。（當(dāng)然，準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)，USB和串口都是串行通信）
hex文件其實(shí)是一個(gè)文本文件，它有固定的格式，是Intel定的。燒錄軟件其實(shí)會(huì)把它轉(zhuǎn)換成bin文件再寫入，這一過(guò)程是透明的。bin文件就是單片機(jī)可執(zhí)行的二進(jìn)制代碼了。
Keil是個(gè)IDE，而且是收費(fèi)的，只支持Windows。Linux下可以使用sdcc編譯。當(dāng)然，8051的指令相對(duì)較少，完全可以自己寫一個(gè)匯編器。
但是，這里最關(guān)鍵的是，文件是怎么被寫入單片機(jī)的？對(duì)于此，STC是不公開(kāi)的。于是……
下面直接上研究結(jié)果。
ISP協(xié)議
STC單片機(jī)內(nèi)部ROM有一段固化的程序，稱為ISP程序，是用來(lái)支持燒錄的。早期8051并無(wú)集成此功能，要用專門燒錄器實(shí)現(xiàn)。
單片機(jī)斷電狀態(tài)下通電，稱為“冷啟動(dòng)”，此時(shí)，CPU會(huì)先執(zhí)行該ISP程序。
這估計(jì)是借鑒了PC中BIOS的原理。
ISP程序會(huì)去檢查串口RXD是否高電平，有合法的下載命令流，如果有，就進(jìn)入ISP模式；如果沒(méi)有，就直接跳轉(zhuǎn)到地址0000H執(zhí)行用戶程序。
因此，我們電腦（被稱為“上位機(jī)”）上的燒錄軟件，就是要讓單片機(jī)進(jìn)入ISP模式，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送給它。
重頭戲來(lái)了
首先，在單片機(jī)斷電情況下，但串口仍與PC連接時(shí)，燒錄軟件即要打開(kāi)串口，以 1200/2400/4800 其中之一（建議1200）波特率，不斷往串口發(fā) 0x7F。
重要參數(shù)：波特率1200，停止位1，無(wú)校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位為8位。
重要提示：如果波特率高于4800，無(wú)法進(jìn)入ISP模式。
此時(shí)，打開(kāi)開(kāi)發(fā)板電源，單片機(jī)冷啟動(dòng)。檢測(cè)到串口有0x7F，進(jìn)入ISP模式。并發(fā)送類似如下的回復(fù)：
68 00 3B 00 16 BA 16 B6 16 B6 16 BA 16 BA 16 BA 16 B6 16 B6 43 43 FD F1 30 82 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 39 16
68 00 是回應(yīng)標(biāo)識(shí)符。
3B 包的長(zhǎng)度。
00 表示這是數(shù)據(jù)包。
16 BA 16 B6 16 B6 16 BA 16 BA 16 BA 16 B6 16 B6 是8次測(cè)量脈寬的數(shù)據(jù)，可以借此計(jì)算出單片機(jī)的晶振頻率、最大支持波特率。
43 43 表示固件版本是 4.3C。
FD 是單片機(jī)選項(xiàng)，每一位都表示一個(gè)選項(xiàng)信息：
x x x x x x x x
8 7 6 5 4 3 2 1
1=時(shí)鐘倍速，1=12T，0=6T
3=需要短接P1.0/P1.1 才能下載 1=關(guān)閉，0=開(kāi)啟
4=下次下載擦DATAFLASH，0=開(kāi)，1=關(guān)
5=時(shí)鐘增益，1=高，0=低
6=ALE腳，0=P4.5，1=ALE
7=允許訪問(wèn)內(nèi)部AUX RAM，1=允許，0=不允許
8=停止看門狗，1=復(fù)位關(guān)，0=停電關(guān)
倒數(shù)第二個(gè)字節(jié) 39 是校驗(yàn)和。
最后一個(gè)字節(jié) 16 是包尾固定值。
其他字節(jié)對(duì)燒錄而言暫不需要。
包的格式
我們發(fā)的第一個(gè)數(shù)據(jù)0x7F和單片機(jī)第一次回應(yīng)（如上），都不是真正的包，在接下來(lái)的通信中，則使用固定的包格式。其格式如下：
包頭 + 標(biāo)識(shí)符 + 包長(zhǎng) + 命令 + 數(shù)據(jù) + 校驗(yàn)和 + 包尾
包頭：2字節(jié)，固定為 46 B9。
標(biāo)識(shí)符：2字節(jié)，上位機(jī)發(fā)往單片機(jī)的為 6A 00，單片機(jī)發(fā)往上位機(jī)的為 68 00。
包長(zhǎng)：1字節(jié)，除包頭外的長(zhǎng)度。
命令：1字節(jié)，代表包的類型。
數(shù)據(jù)：不固定長(zhǎng)度。可以無(wú)。其長(zhǎng)度可由包長(zhǎng)計(jì)算得出。
校驗(yàn)和：1字節(jié)，除包頭、校驗(yàn)和本身、包尾外的數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和。
包尾：1字節(jié)，固定為 16。
校驗(yàn)和的計(jì)算方法
校驗(yàn)和計(jì)算方法為 標(biāo)識(shí)符、包長(zhǎng)、命令、數(shù)據(jù) 4個(gè)部分的數(shù)據(jù)，各字節(jié)相加，取低8位。
命令類型
00： 數(shù)據(jù)
80： 確認(rèn)
82： 關(guān)閉
84： 擦除ROM
8D： 設(shè)置選項(xiàng)
8E： 確認(rèn)波特率
8F： 校驗(yàn)波特率
10： 未知
50： 未知
數(shù)據(jù)包格式
上位機(jī)發(fā)往單片機(jī)的數(shù)據(jù)即二進(jìn)制代碼文件，它被封裝在上述的包：數(shù)據(jù)一節(jié)中，但它本身也是有格式的：
占位符 + 地址 + 長(zhǎng)度 + 代碼數(shù)據(jù)
占位符：2字節(jié)，固定為 00 00。
地址：2字節(jié)，表示代碼的地址。
長(zhǎng)度：2字節(jié)，表示代碼的長(zhǎng)度。
代碼數(shù)據(jù)：其長(zhǎng)度由上面字段指出。
燒錄過(guò)程總結(jié)
上面已經(jīng)將STC的通信協(xié)議格式分析完畢了。需要具體分析的只剩下命令的含義、各個(gè)數(shù)據(jù)的含義了。這些都是后話了。至少關(guān)于燒錄，上面的信息已經(jīng)夠多了。
首先，單片機(jī)斷電。燒錄程序啟動(dòng)，以1200波特率不斷往其串口發(fā)送0x7F。然后通電。
收到單片機(jī)信息的回復(fù)，此回復(fù)主要包括脈寬、型號(hào)、選項(xiàng)等信息。
由收到的脈寬值，計(jì)算出重裝值，并發(fā)送給單片機(jī)。等待約200ms。同時(shí)由脈寬值計(jì)算出單片機(jī)最大支持的波特率，然后切換到某波特率（不得超出最大波特率），等待回應(yīng)。
如果收到正確的回復(fù)，則表示波特率可行，則切換到1200波特率，并發(fā)送一個(gè)波特率確認(rèn)的包文。發(fā)送完，等待約200ms，然后切換回原來(lái)的波特率，等待回應(yīng)。
如果收到單片機(jī)的波特率確認(rèn)包文，表示到目前為止，一切正常。否則，就算失敗。
連續(xù)發(fā)送約5次重新握手的包文并等待回應(yīng)。如果收到回應(yīng)，表示一切正常，可以開(kāi)始發(fā)送代碼數(shù)據(jù)了。否則就是失敗。
將代碼數(shù)據(jù)分割成一定大小的包發(fā)送并等待正確回應(yīng)。
設(shè)置單片機(jī)選項(xiàng)。
發(fā)送50包文，等待正確回應(yīng)。然后發(fā)送關(guān)閉包文。
關(guān)閉串口，結(jié)束通信。
STC還支持熱啟動(dòng)燒錄，就是不用先斷電再通電，而是在通電狀態(tài)下可以直接燒錄。看來(lái)，ISP程序一直在監(jiān)聽(tīng)串口。普中科技的“自動(dòng)下載軟件”就是用這種方法燒錄的。其技術(shù)細(xì)節(jié)，以后再更新。
注意
在通信過(guò)程中，單片機(jī)內(nèi)部的ISP每次都會(huì)啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器，目測(cè)大概是2s，一旦通信過(guò)程中超時(shí)，單片機(jī)就會(huì)馬上終止通信并跳轉(zhuǎn)到0000H處執(zhí)行用戶程序。
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