单片机

一、概述

CW32L083 内部集成 2 个 I2C 控制器,能按照设定的传输速率(标准,快速,高速)将需要发送的数据按照 I2C 规范串行发送到 I2C 总线上,或从总线上接收数据,并对通信过程中的状态进行检测,另外还支持多主机通信中的总线冲突和仲裁处理。

二、主要功能

• 支持主机发送 / 接收,从机发送 / 接收四种工作模式 

• 支持时钟延展 ( 时钟同步 ) 和多主机通信冲突仲裁

• 支持标准 (100Kbps)/ 快速 (400Kbps)/ 高速 (1Mbps) 三种工作速率 

• 支持 7bit 寻址功能 

• 支持 3个从机地址 

• 支持广播地址 

• 支持输入信号噪声过滤功能 

• 支持中断状态查询功能

1.协议介绍

I2C 总线使用两根信号线(数据线 SDA 和时钟线 SCL)在设备间传输数据。SCL 为单向时钟线,固定由主机驱动。SDA 为双向数据线,在数据传输过程中由收发两端分时驱动。I2C 总线上可以连接多个设备,所有设备在没有进行数据传输时都处于空闲状态(未寻址从机接收模式),任一设备都可以作为主机发送 START 起始信号来开始数据传输,在 STOP 停止信号出现在总线上之前,总线一直处于 被占用状态。I2C 通信采用主从结构,并由主机发起和结束通信。主机通过发送 START 起始信号来发起通信,之后发送 SLA+W/R 共 8bit 数据(其中,SLA 为 7bit 从机地址,W/R 为读写位),并在第 9个SCL 时钟释放 SDA 总线, 对应的从机在第 9个SCL 时钟占用 SDA 总线并输出 ACK 应答信号,完成从机寻址。此后根据主机发送的第 1 字 节的 W/R 位来决定数据通信的发端和收端,发端每发送 1个字节数据,收端必须回应 1个ACK 应答信号。数据传输完成后,主机发送 STOP 信号结束本次通信。

2.功能框图

I2C 模块主要包括时钟发生器、输入滤波器、地址比较器、协议控制逻辑、仲裁和同步逻辑、以及相关寄存器等。

1.png

CW32L083 支持用户灵活选择 GPIO 作为 I2C 通信引脚,如下表所示:

2.png

3.I2C中断

I2C 控制寄存器 I2Cx_CR 的 SI 位域为中断标志位。当 I2C 状态寄存器 I2Cx_STAT 的 STAT 位域值发生改变(变成 0xF8 除外)时,I2Cx_CR.SI 标志位就会被置位,同时产生中断请求。在用户 I2C 中断服务程序中,应查询 I2C 状态寄存器 I2Cx_STAT 的 STAT 位域值获取 I2C 总线的状态,以确定中断产生原因。设置 I2Cx_CR.SI 为 0 清除该标志位。

4.工作模式

I2C 控制器支持 4 种工作模式:主机发送模式、主机接收模式、从机发送模式、从机接收模式。另外还支持广播 接收模式,其工作方式和从机接收模式类似。

三、EEPROM(CW24C02AD)

1.功能简介

CW24C02是一个2Kbit的串行EEPROM存储芯片,可存储256个字节数据。芯片内部分为32页,每页8字节。工作电压范围为1.7V到5.5V,I2C接口时钟频率为 1MHz (5V,3V),400 KHz (1.7V)。器件地址为1010 A2 A1 A0,对于我们单板A2 A1 A0引脚全部接GND,故器件地址为1010000,即0x50。器件内部存储空间地址长度8 bit。

2.读写时序

字节写操作时序:起始信号+器件地址(7bit)+读写指示(1bit)+存储空间地址(8bit)+写入数据(8bit)+停止信号,即可完成指定字节写入操作。

3.png

页写操作时序:起始信号+器件地址(7bit)+读写指示(1bit)+存储空间地址(8bit)+写入数据(8bit*8)+停止信号,即可完成指定地址(必须是页起始地址)的页写入操作。

4.png

随机读操作时序:起始信号+器件地址(7bit)+读写指示(1bit)+存储空间地址(8bit)+重复起始信号+器件地址(7bit)+读写指示(1bit),之后器件会返回1字节数据,主机收到后发送停止信号,即可完成指定字节读取操作。

5.png

顺序读操作时序:和随机读时序类似,只是在主机接收到1字节数据后,不发送停止信号,而是继续发送时钟进行下一个字节数据的接收,直到所有所需读取的数据全部读取,之后再发送停止信号。

四、硬件连接

如下图所示,MCU和EEPROM通过I2C总线互连。

6.png

五、实例演示:MCU采用页写和顺序读操作时序完成EERPOM的访问。

1.I2C读写EEPROM芯片中断函数(I2C分为I2C1和I2C2)

void I2c1EepromReadWriteInterruptFunction(void)
{
    u8State = I2C_GetState(CW_I2C1);// I2C:获取状态寄存器函数
    switch(u8State)
    {
        case 0x08:     //发送完START信号
        I2C_GenerateSTART(CW_I2C1, DISABLE);// 发送START信号
        I2C_Send7bitAddress(CW_I2C1, I2C_SLAVEADDRESS,0X00);// 做主时发送从机地址字节
        break;
        case 0x10:     //发送完重复起始信号
        I2C_GenerateSTART(CW_I2C1, DISABLE);
        if(0 == SendFlg)
        {
            I2C_Send7bitAddress(CW_I2C1, I2C_SLAVEADDRESS,0X00);    //写命令
        }
        else
        {
            I2C_Send7bitAddress(CW_I2C1, I2C_SLAVEADDRESS,0X01); //读命令,eeprom 随机读
        }
        break;
        case 0x18:    //发送完SLA+W/R字节
        I2C_GenerateSTART(CW_I2C1, DISABLE);
        I2C_SendData(CW_I2C1, u8Addr);   //发送访问EEPROM的目标地址字节
        break;
        case 0x20:    //发送完SLA+W后从机返回NACK
        case 0x38:    //主机在发送 SLA+W 阶段或者发送数据阶段丢失仲裁  或者  主机在发送 SLA+R 阶段或者回应 NACK 阶段丢失仲裁
        case 0x30:    //发送完一个数据字节后从机返回NACK
        case 0x48:    //发送完SLA+R后从机返回NACK
        I2C_GenerateSTOP(CW_I2C1, ENABLE);
        I2C_GenerateSTART(CW_I2C1, ENABLE);
        break;
        case 0x58:    //接收到一个数据字节,且NACK已回复
        u8Recdata[u8RecvLen++] = I2C_ReceiveData(CW_I2C1);//所有数据读取完成,NACK已发送
        receivedflag =1;
        I2C_GenerateSTOP(CW_I2C1, ENABLE);//发送停止条件
        break;
        case 0x28:     //发送完1字节数据:发送EEPROM中memory地址也会产生,发送后面的数据也会产生
        if(0 == SendFlg)
        {
            if(u8SendLen <WRITELEN)
            {
                 I2C_SendData(CW_I2C1,u8Senddata[u8SendLen++]);
            }
            else
            {
                u8SendLen = 0;
                Comm_flg = 1;
                SendFlg = 1;
                I2C_GenerateSTOP(CW_I2C1, ENABLE);//发送完数据,发送停止信号
            }
        }
        else//SendFlg=1为读,SendFlg=0为写。读数据发送完地址字节后,重复起始条件
        {
            CW_I2C1->CR_f.STA = 1;  //set start       //发送重复START信号,START生成函数改写后,会导致0X10状态被略过,故此处不调用函数
            I2C_GenerateSTOP(CW_I2C1, DISABLE);
        }
        break; 
        case 0x40:     //发送完SLA+R信号,开始接收数据
        u8RecvLen = 0;
        if(READLEN>1)
        {
            I2C_AcknowledgeConfig(CW_I2C1,ENABLE);//读取数据超过1个字节才发送ACK
        }
        break;
        case 0x50:     //接收完一字节数据,在接收最后1字节数据之前设置AA=0;
        u8Recdata[u8RecvLen++] = I2C_ReceiveData(CW_I2C1);
        if(u8RecvLen==READLEN-1)
        {
            I2C_AcknowledgeConfig(CW_I2C1,DISABLE);;
        }
        break;
    }
    I2C_ClearIrq(CW_I2C1);
}

2.设置系统时钟

void RCC_Configuration(void)
{
    CW_SYSCTRL->APBEN1_f.I2C1 = 1U;   
}

3.设置GPIO口

void GPIO_Configuration(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure = {0};
    CW_SYSCTRL->AHBEN_f.GPIOA  = 1;
    CW_SYSCTRL->AHBEN_f.GPIOB  = 1;
    CW_SYSCTRL->AHBEN_f.GPIOC  = 1;
    CW_SYSCTRL->AHBEN_f.GPIOD  = 1;
    CW_SYSCTRL->AHBEN_f.GPIOE  = 1;
    CW_SYSCTRL->AHBEN_f.GPIOF  = 1;
    
    PB10_AFx_I2C1SCL();
    PB11_AFx_I2C1SDA();
    GPIO_InitStructure.Pins = I2C1_SCL_GPIO_PIN | I2C1_SDA_GPIO_PIN;
    GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;
    GPIO_Init(I2C1_SCL_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
}

4.配置嵌套矢量中断控制器

void NVIC_Configuration(void)
{
     __disable_irq();
    NVIC_EnableIRQ(I2C1_IRQn);
    __enable_irq();
}
void I2C1_IRQHandler(void)
{
    I2c1EepromReadWriteInterruptFunction();
}

5.定义常量

#define  I2C1_SCL_GPIO_PORT       CW_GPIOB
#define  I2C1_SCL_GPIO_PIN        GPIO_PIN_10   
#define  I2C1_SDA_GPIO_PORT       CW_GPIOB
#define  I2C1_SDA_GPIO_PIN        GPIO_PIN_11    
//EEPROM内部地址
uint8_t u8Addr = 0x00;        //地址字节
#define WRITELEN   8          //写数据长度
#define READLEN   8           //读数据长度
#define WriteReadCycle  35    //写读次数,每次写入数据为n+i(n为次数,i=0~7)
uint8_t u8Senddata[8] = {0x66,0x02,0x03,0x04,0x05,0x60,0x70,0x20};
uint8_t u8Senddata2[8] = {0x55,0xAA,0xAA,0x55,0x55,0xAA,0x55,0xAA};
uint8_t u8Recdata[16]= {0x00};
uint8_t u8SendLen=0;
uint8_t u8RecvLen=0;
uint8_t SendFlg = 0,Comm_flg = 0;
uint8_t u8recvflg=0;
uint8_t u8State = 0;
uint8_t receivedflag = 0;    //读取完成标志

6.主程序:利用I2C接口,采用中断方式读写EEPROM芯片(CW24C02)。

int32_t main(void)
{
    I2C_InitTypeDef I2C_InitStruct = {0};
    uint16_t tempcnt = 0 ;
    RCC_Configuration();//时钟初始化
    GPIO_Configuration();//IO口初始化
    //I2C初始化
    I2C_InitStruct.I2C_Baud = 0x01;//500K=(8000000/(8*(1+1)) ,波特率计数器配置
    I2C_InitStruct.I2C_BaudEn = ENABLE;// 波特率计数器使能
    I2C_InitStruct.I2C_FLT = DISABLE; //<FLT配置
    I2C_InitStruct.I2C_AA =  DISABLE; //<ACK配置
    I2C1_DeInit();
    I2C_Master_Init(CW_I2C1,&I2C_InitStruct);//初始化模块
    NVIC_Configuration();//中断设置
    //I2C模块开始工作
    I2C_Cmd(CW_I2C1,ENABLE);  //模块使能
    tempcnt =0;
    for(uint8_t i=0; i<8; i++)
    {
        u8Senddata[i] = i;
    }
    while(1)
    {
        I2C_GenerateSTART(CW_I2C1, ENABLE); //开始信号
        while(1)
        {
            while(!Comm_flg) ; //等待数据发送完成
            FirmwareDelay(3000);
            
            Comm_flg = 0; //启动读数据过程
            receivedflag=0;
            I2C_GenerateSTART(CW_I2C1, ENABLE); //开始信号
            while(!receivedflag) ; //等待数据读取完成
            receivedflag = 0; //初始化下一次写数据
            SendFlg = 0;
            u8RecvLen = 0;
            tempcnt++;
            for(uint8_t i=0; i<8; i++)
            {
                u8Senddata[i] =tempcnt+i;
            }
            break;
        }

        if(tempcnt >=WriteReadCycle) //测试次数完成,退出
        {
            break;
        }
    }
    while(1);
}

7.程序流程

程序完成I2C主设备配置后,先将u8Senddata数组中的内容写入到EEPROM的第1页(CW24C02每页8字节):发送START信号后,I2C模块会产生状态改变中断,在中断服务程序中根据不同状态值进行不同处理,直到完成CW24C02的页写模式所有数据字节以及STOP信号发送,发送完成后置写操作流程完成标志。主循环中判断到写操作流程完成后,启动从EERROM的第1页数据读取流程:发送启动信号后,I2C模块会产生状态改变中断,在中断服务程序中根据不同状态值进行不同处理,直到完成CW24C02的顺序读模式所有数据字节发送及读取,在发送完STOP信号后置读操作流程完成标志。主循环中判断读操作流程完成后,初始化u8Senddata数组内容,重复下一次测试过程。完成WriteReadCycle变量设置的测试次数后退出。

来源:武汉芯源半导体

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围观 31

一、前言

在嵌入式产品开发中,难以避免地会因为各种原因导致最后出货的产品存在各种各样的BUG,通常会给产品进行固件升级来解决问题。记得之前在公司维护一款BLE产品的时候,由于前期平台预研不足,OTA参数设置不当,导致少数产品出现不能OTA的情况,经过分析只需改变代码中的某个参数数值即可,但是产品在用户手里,OTA是唯一能更新代码的方式,只能给用户重发产品。后来在想,是否可以提前做好一个接口,支持动态地传输少量代码到产品中临时运行,通过修改特定位置的Flash代码数据来修复产品的棘手BUG?多留一个后门,有时候令产品出棘手问题的往往是那么一两行代码或者几个初始化的参数不对,那么这种方法也可以应应急,虽然操作比较骚。

二、创建演示工程

本文以STM32F103C8T6单片机为例创建演示工程,分为app和bootloader两个工程。即将mcu的Flash分为“app”和“bootloader”两个区域, bootloader放在0x8000000为起始的24KB区域内,app放在0x8006000为起始的后续区域。bootloader完成对app的Flash数据修改。

1、app工程

注意app的工程需要在keil上修改ROM起始地址。

1.png

还要在app代码的开头设置向量偏移(调用一行代码):

NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH, 0x6000);

app工程的逻辑为:先顺序执行3个不同速度的LED闪灯过程(20ms、200ms、500ms、切换亮灭),最后进入到一个循环状态每秒切换一次LED的状态闪烁。代码如下:

void init_led(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_All; 
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;     
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;     
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);    

    GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_10);
    GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_10); 
}

void led_blings_1(void)
{
    uint32_t i;

    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_10); 
        delay_ms(20);  

        GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_10); 
        delay_ms(20);
    }
}

void led_blings_2(void)
{
    uint32_t i;

    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_10); 
        delay_ms(200);  

        GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_10); 
        delay_ms(200);
    }
}

void led_blings_3(void)
{
    uint32_t i;

    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_10); 
        delay_ms(500);  

        GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_10); 
        delay_ms(500);
    }
}

int main()
{
    NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH, 0x6000);

    SysTick_Init(72);

    init_led();

    led_blings_1();
    led_blings_2();
    led_blings_3();

    while (1)
    {
        GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_10); 
        delay_ms(1000);  

        GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_10); 
        delay_ms(1000);
    }
}

为了分析汇编和查看bin文件数据,我们需要在keil中添加两条命令,分别生成.dis反汇编和.bin的代码文件。(具体的目录情况依葫芦画瓢)

fromelf --text -a -c --output=all.dis Obj\Template.axf

fromelf --bin --output=test.bin Obj\Template.axf

2.png

先将app的代码烧写进单片机,注意烧写设置里面选择“Erase Sectors”只擦除需要烧写的地方。

2、bootloader工程

在bootloader中分为两部分,不变的代码部分和变动的代码部分(error_process函数)。初次编译的时候error_process写为空函数,当我们有需求对App进行修改的时候,我们重新编译工程对error_process函数进行填充。为了重新编译工程的时候不影响之前函数的链接地址,特意将error_process函数放到代码区的最后0x8000800地址处,理由是原来工程大小是1.51KB,擦除页大小是2KB,所以需要2KB对齐,对齐处的地址就选择0x8000800为起始。代码如下:

#define FLASH_PAGE_SIZE 2048
#define ERROR_PROCESS_CODE_ADDR 0x8000800

void error_process(void) __attribute__((section(".ARM.__at_0x8000800")));

void init_led(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_All; 
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;     
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;     
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);    

    GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_10);
    GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_10); 
}

uint32_t pageBuf[FLASH_PAGE_SIZE / 4];

void error_process(void)
{

}

void eraseErrorProcessCode(void)
{
    FLASH_Unlock();
    FLASH_ClearFlag(FLASH_FLAG_BSY | FLASH_FLAG_EOP | 
                    FLASH_FLAG_PGERR | FLASH_FLAG_WRPRTERR);
    FLASH_ErasePage(ERROR_PROCESS_CODE_ADDR);
    FLASH_Lock();
}

void(*boot_jump2App)();

void boot_loadApp(uint32_t addr)
{
    uint8_t i;

    if (((*(vu32*)addr) & 0x2FFE0000) == 0x20000000)    
    {
        boot_jump2App = (void(*)())*(vu32*)(addr + 4);      

        __set_MSP(*(vu32*)addr);

        for (i = 0; i < 8; i++)
        {
            NVIC->ICER[i] = 0xFFFFFFFF; 
            NVIC->ICPR[i] = 0xFFFFFFFF; 
        }

        boot_jump2App();        

        while (1);
    }
}

int main()
{
    uint32_t flag;

    SysTick_Init(72);

    flag = *((uint32_t *)ERROR_PROCESS_CODE_ADDR);

    if ((flag != 0xFFFFFFFF) && (flag != 0))
    {
        init_led();
        GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_10); 

        delay_ms(1000);
        delay_ms(1000);

        error_process();
        eraseErrorProcessCode();
    }

    boot_loadApp(0x8006000);

    while (1);
}

一进main函数就读取0x8000800地址处的32位数据,如果不是全F或者全0那么这个地方是有函数体存在需要执行的,那么将LED亮起2秒钟代表bootloader识别到有处理程序需要执行(当然这里还需要加一些error_process代码数据是否完整之类的判断机制,这里演示先略去)。执行完处理程序后将处理程序擦除(数据变为全F),避免以后每次上电都重复擦写Flash。

error_process函数代码的数据由产品正常使用期间通过数据接口传入直接写入到0x8000800处(这部分的demo略去),编译后查看生成的bin文件将error_process部分的代码截取出来传输到Flash地址0x8000800处。

bootloader的代码烧写进单片机时注意烧写设置里面选择“Erase Sectors”只擦除需要烧写的地方。keil设置里ROM地址改回0x08000000。

三、修改app的特定参数

在app的工程中以“led_blings_1”函数为例,反汇编如下:

    $t
    i.led_blings_1
    led_blings_1
        0x08006558:    b510        ..      PUSH     {r4,lr}
        0x0800655a:    2400        .$      MOVS     r4,#0
        0x0800655c:    e010        ..      B        0x8006580 ; led_blings_1 + 40
        0x0800655e:    f44f6180    O..a    MOV      r1,#0x400
        0x08006562:    4809        .H      LDR      r0,[pc,#36] ; [0x8006588] = 0x40010c00
        0x08006564:    f7fffea2    ....    BL       GPIO_SetBits ; 0x80062ac
        0x08006568:    2014        .       MOVS     r0,#0x14
        0x0800656a:    f7ffffaf    ....    BL       delay_ms ; 0x80064cc
        0x0800656e:    f44f6180    O..a    MOV      r1,#0x400
        0x08006572:    4805        .H      LDR      r0,[pc,#20] ; [0x8006588] = 0x40010c00
        0x08006574:    f7fffe98    ....    BL       GPIO_ResetBits ; 0x80062a8
        0x08006578:    2014        .       MOVS     r0,#0x14
        0x0800657a:    f7ffffa7    ....    BL       delay_ms ; 0x80064cc
        0x0800657e:    1c64        d.      ADDS     r4,r4,#1
        0x08006580:    2c0a        .,      CMP      r4,#0xa
        0x08006582:    d3ec        ..      BCC      0x800655e ; led_blings_1 + 6
        0x08006584:    bd10        ..      POP      {r4,pc}
    $d
        0x08006586:    0000        ..      DCW    0
        0x08006588:    40010c00    ...@    DCD    1073810432

由于led是20ms交替亮灭一次,如果我们觉得这个参数有问题想改成100ms,从汇编上来说就是要改变两行代码:

    0x08006568:    2014        .       MOVS     r0,#0x14

    0x08006578:    2014        .       MOVS     r0,#0x14

    改为

    0x08006568:    2064        2       MOVS     r0,#0x64

    0x08006578:    2064        2       MOVS     r0,#0x64

bootloader工程中error_process的函数实现如下:

void error_process(void)
{
    #define MODIFY_FUNC_ADDR_START 0x08006558

    uint32_t alignPageAddr = MODIFY_FUNC_ADDR_START / FLASH_PAGE_SIZE * FLASH_PAGE_SIZE;
    uint32_t cnt, i;

    // 1. copy old code
    memcpy(pageBuf, (void *)alignPageAddr, FLASH_PAGE_SIZE);

    // 2. change code.
        //由于Flash操作2KB页的特性,0x08006558不满2kb,因此偏移为0x558,0x558/4=342
    pageBuf[90 + 256] = (pageBuf[90 + 256] & 0xFFFF0000) | 0x2064;
    pageBuf[94 + 256] = (pageBuf[94 + 256] & 0xFFFF0000) | 0x2064;

    // 3. erase old code, copy new code.
    FLASH_Unlock();
    FLASH_ClearFlag(FLASH_FLAG_BSY | FLASH_FLAG_EOP | 
                    FLASH_FLAG_PGERR | FLASH_FLAG_WRPRTERR);
    FLASH_ErasePage(alignPageAddr);

    cnt = FLASH_PAGE_SIZE / 4;
    for (i = 0; i < cnt; i++)
    {
        FLASH_ProgramWord(alignPageAddr + i * 4, pageBuf[i]);
    }

    FLASH_Lock();
}

由于Flash的2KB页擦除特性,这里先将待修改代码区的Flash页数据拷贝到缓冲buffer里,然后修改buffer里的数据,之后擦除Flash相关页,最后将buffer里修改后的数据重新写回到Flash里去。error_process函数的反汇编如下:

    $t
    .ARM.__at_0x8000800
    error_process
        0x08000800:    b570        p.      PUSH     {r4-r6,lr}
        0x08000802:    4d1a        .M      LDR      r5,[pc,#104] ; [0x800086c] = 0x8006000
        0x08000804:    142a        *.      ASRS     r2,r5,#16
        0x08000806:    4629        )F      MOV      r1,r5
        0x08000808:    4819        .H      LDR      r0,[pc,#100] ; [0x8000870] = 0x20000008
        0x0800080a:    f7fffcbd    ....    BL       __aeabi_memcpy ; 0x8000188
        0x0800080e:    4818        .H      LDR      r0,[pc,#96] ; [0x8000870] = 0x20000008
        0x08000810:    f8d00568    ..h.    LDR      r0,[r0,#0x568]
        0x08000814:    f36f000f    o...    BFC      r0,#0,#16
        0x08000818:    f2420164    B.d.    MOV      r1,#0x2064
        0x0800081c:    4408        .D      ADD      r0,r0,r1
        0x0800081e:    4914        .I      LDR      r1,[pc,#80] ; [0x8000870] = 0x20000008
        0x08000820:    f8c10568    ..h.    STR      r0,[r1,#0x568]
        0x08000824:    4608        .F      MOV      r0,r1
        0x08000826:    f8d00578    ..x.    LDR      r0,[r0,#0x578]
        0x0800082a:    f36f000f    o...    BFC      r0,#0,#16
        0x0800082e:    f2420164    B.d.    MOV      r1,#0x2064
        0x08000832:    4408        .D      ADD      r0,r0,r1
        0x08000834:    490e        .I      LDR      r1,[pc,#56] ; [0x8000870] = 0x20000008
        0x08000836:    f8c10578    ..x.    STR      r0,[r1,#0x578]
        0x0800083a:    f7fffd53    ..S.    BL       FLASH_Unlock ; 0x80002e4
        0x0800083e:    2035        5       MOVS     r0,#0x35
        0x08000840:    f7fffcca    ....    BL       FLASH_ClearFlag ; 0x80001d8
        0x08000844:    4628        (F      MOV      r0,r5
        0x08000846:    f7fffccd    ....    BL       FLASH_ErasePage ; 0x80001e4
        0x0800084a:    14ae        ..      ASRS     r6,r5,#18
        0x0800084c:    2400        .$      MOVS     r4,#0
        0x0800084e:    e007        ..      B        0x8000860 ; error_process + 96
        0x08000850:    4a07        .J      LDR      r2,[pc,#28] ; [0x8000870] = 0x20000008
        0x08000852:    f8521024    R.$.    LDR      r1,[r2,r4,LSL #2]
        0x08000856:    eb050084    ....    ADD      r0,r5,r4,LSL #2
        0x0800085a:    f7fffd0d    ....    BL       FLASH_ProgramWord ; 0x8000278
        0x0800085e:    1c64        d.      ADDS     r4,r4,#1
        0x08000860:    42b4        .B      CMP      r4,r6
        0x08000862:    d3f5        ..      BCC      0x8000850 ; error_process + 80
        0x08000864:    f7fffcfe    ....    BL       FLASH_Lock ; 0x8000264
        0x08000868:    bd70        p.      POP      {r4-r6,pc}
    $d
        0x0800086a:    0000        ..      DCW    0
        0x0800086c:    08006000    .`..    DCD    134242304
        0x08000870:    20000008    ...     DCD    536870920

那么这124个字节就是最终要传输到0x8000800处的函数数据。传输完毕后软复位mcu,bootloader将app的Flash数据进行篡改,达到改变程序功能的目的。

为什么要在bootloader运行时篡改app的数据?按理说在app运行时接收到error_process函数的更新数据后可以立刻运行,但是由于涉及到对app自身代码的修改,涉及Flash修改的一些相关函数有可能会被暂时破坏而导致代码运行崩溃。

四、跳过app的某些函数

如果想跳过“led_blings_1”函数,有2种方法:

1、函数内部跳过

即将以下汇编语句

    0x0800655a:    2400        .$      MOVS     r4,#0

    修改为

    0x0800655a:    e013        .$      B             0x08006584

在“led_blings_1”函数入口处指令修改直接跳转到函数出口处。至于汇编的机器码和用法文末有相关资料可以查阅。

因为修改处的字节偏移为0x55a,是pageBuf下标为342元素的高2Byte,需要在error_process函数中做如下修改:

pageBuf[342] = (pageBuf[342] & 0x0000FFFF) | 0xe0130000;

2、函数调用处跳过

main函数汇编如下:

    $t
    i.main
    main
        0x080065f8:    f44f41c0    O..A    MOV      r1,#0x6000
        0x080065fc:    f04f6000    O..`    MOV      r0,#0x8000000
        0x08006600:    f7fffe5c    ..\.    BL       NVIC_SetVectorTable ; 0x80062bc
        0x08006604:    2048        H       MOVS     r0,#0x48
        0x08006606:    f7ffff01    ....    BL       SysTick_Init ; 0x800640c
        0x0800660a:    f7ffff85    ....    BL       init_led ; 0x8006518
        0x0800660e:    f7ffffa3    ....    BL       led_blings_1 ; 0x8006558
        0x08006612:    f7ffffbb    ....    BL       led_blings_2 ; 0x800658c
        0x08006616:    f7ffffd3    ....    BL       led_blings_3 ; 0x80065c0
        0x0800661a:    e011        ..      B        0x8006640 ; main + 72
        0x0800661c:    f44f6180    O..a    MOV      r1,#0x400
        0x08006620:    4808        .H      LDR      r0,[pc,#32] ; [0x8006644] = 0x40010c00
        0x08006622:    f7fffe43    ..C.    BL       GPIO_SetBits ; 0x80062ac
        0x08006626:    f44f707a    O.zp    MOV      r0,#0x3e8
        0x0800662a:    f7ffff4f    ..O.    BL       delay_ms ; 0x80064cc
        0x0800662e:    f44f6180    O..a    MOV      r1,#0x400
        0x08006632:    4804        .H      LDR      r0,[pc,#16] ; [0x8006644] = 0x40010c00
        0x08006634:    f7fffe38    ..8.    BL       GPIO_ResetBits ; 0x80062a8
        0x08006638:    f44f707a    O.zp    MOV      r0,#0x3e8
        0x0800663c:    f7ffff46    ..F.    BL       delay_ms ; 0x80064cc
        0x08006640:    e7ec        ..      B        0x800661c ; main + 36
    $d
        0x08006642:    0000        ..      DCW    0
        0x08006644:    40010c00    ...@    DCD    1073810432

下面是调用语句

0x0800660e:    f7ffffa3    ....    BL       led_blings_1 ; 0x8006558

直接将此语句改为空语句nop(0xbf00)即可跳过调用,由于该命令占用4个字节,nop是两个字节的命令,所以替换为两个nop命令。

0x0800660e:    bf00bf00    ....    NOP

因为修改处的字节偏移为0x60e,是pageBuf下标为387元素的高2Byte和下标为388元素的低2Byte,需要在error_process函数中做如下修改:

pageBuf[387] = (pageBuf[387] & 0x0000FFFF) | 0xbf000000; 
pageBuf[388] = (pageBuf[388] & 0xFFFF0000) | 0x0000bf00;

来源:嵌入式基地

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围观 23

减少后级电源对前级的影响,防止电源正负接反烧坏后级电路,防止电源关电时电流倒灌,但经过二极管有0.4V左右压降,需要考虑经过0.4V降压后会不会低于后级电路的正常工作电压。

一、按键电路

R1上拉电阻:

1.png

将不确定的信号通过一个电阻钳位在高电平,维持在不被触发的状态或是触发后回到原状态。(个人建议加上)

C1电容:

减小按键抖动及高频信号干扰。(个人建议加上)

R2限流电阻:

保护IO口,防止过流过高电压烧坏IO口,对静电或者一些高压脉冲有吸收作用。(个人建议加上)

R2的取值100欧~10k不等,如果有设置内部上拉,该值不能太大,否则电流不足以拉低IO口。

D1 ESD二极管:

静电保护二极管,防止静电干扰或者损坏IO口。(这个根据PCB的成本及防护级别要求来决定添加与否)

二、外接信号输入

2.png

R3上拉电阻:

将不确定的信号通过一个电阻钳位在高电平,维持在不被触发的状态或是触发后回到原状态。(如果外接的连接线比较长,芯片内部上拉能力比较弱,则建议加上。平时通信距离不长,有内部上拉则可以省略)

C2电容:

防止高频信号干扰。(注意,如果输入频率信号比较大,C2容值要对应减少,或者直接省略C2)

R4限流电阻:

保护IO口,防止过流过高电压烧坏IO口,对静电或者一些高压脉冲有吸收作用。(个人建议加上)

D2 ESD二极管:静电保护二极管,防止静电干扰或者损坏IO口。(这个根据PCB的成本及防护级别要求来决定添加与否)

三、输出电路继电器

3.png

U1光耦:

分离高低压,防止高压干扰,实现电气隔离。

D5 1N4148:

续流二极管,保护元件不被感应电压击du穿或烧坏,以并联的方式接到产生感应电动势的元件两端,并与其形成回路,使其产生的高电动势在回路以续电流方式消耗,从而起到保护电路中的元件不被损坏的作用。

四、达林顿晶体管

4.png

达林顿晶体管,小伙伴们一般常用于步进电机驱动,其实可以用于电机调速,大功率开关电路,驱动继电器,驱动功率比较大的LED光源,利用PWM来调节亮度哦。

R6、R7、R8电阻:

用于限流,防止ULN2001损坏,导致高压直接输入到MCU的IO。(由于ULN2001D本身自带2.7K电阻,这里的R6、R7、R8可以省略;如果某些驱动芯片没带电阻最好自己加上,具体情况可以查看选用芯片的数据手册作决定)

COM端接电源:

当输出端接感性负载的时候,负载不需要加续流二极管,芯片内部设计有二极管,只需 COM口接负载电源即可,当接其他负载时,COM口可以不接。

在使用阻容降压电路为 ULN2001D 供电时,由于阻容降压电压无法阻止电网上的瞬态高 压波动,必须在 ULN2001D 的 COM 端与地端就近接一个 104 电容,其余应用场合下, 该电容可以不添加。 

五、运算放大器

5.png

利用运放巧妙采集负载的当前电流,可以准确知道当前负载运行情况,有没有正常工作,非常好用。

GND2是负载的地端,通过R16电阻(根据负载电流的大小R16要选功率大一点的)接公共地,会有微小的电压差。

该电路是同相比例运算电路,所以采样端的电压=输入端电压*(1+R9/R11)=69倍的输入电压。大家可以根据测量范围修改R9调节放大倍数。

六、MOS管

控制电源输出通断:

6.png

七、输入电源

7.png

如果电路成本比较紧张,可根据需要适当删减元件。

F1自恢复保险丝:

过流保护,可根据实际负载电流调整阀值大小。

D10 肖基特二极管:

减少后级电源对前级的影响,防止电源正负接反烧坏后级电路,防止电源关电时电流倒灌,但经过二极管有0.4V左右压降,需要考虑经过0.4V降压后会不会低于后级电路的正常工作电压。

TVS管:

输入电压过高保护,一般取正常输入电压的1.4倍。

来源:STM32嵌入式开发

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围观 98

串行外设接口(SPI)是一种同步串行数据通信接口,常用于 MCU 与外部设备之间进行同步串行通信。CW32L083 内部集成 2 个串行外设 SPI 接口,支持双向全双工、单线半双工和单工通信模式,可配置 MCU 作为 主机或从机,支持多主机通信模式,支持直接内存访问(DMA)。

一、主要功能

• 支持主机模式、从机模式 

• 支持全双工、单线半双工、单工 

• 可选的 4 位到 16 位数据帧宽度 

• 支持收发数据 LSB 或 MSB 在前 

• 可编程时钟极性和时钟相位

• 主机模式下通信速率高达 PCLK/2 

• 从机模式下通信速率高达 PCLK/4 

• 支持多机通信模式 

• 8 个带标志位的中断源 

• 支持直接内存访问 (DMA)

1.功能框图

1.png

SPI 一般通过 4 个引脚与外部设备相连:

• MOSI 主机输出 / 从机输入,用于主机模式下的数据发送和从机模式下的数据接收; 

• MISO 主机输入 / 从机输出,用于主机模式下的数据接收和从机模式下的数据发送; 

• SCK 同步串行时钟,主机时钟输出和从机时钟输入,发送或接收主机同步时钟; 

• CS 从机选择,也用于多机通信时总线冲突检测

CW32L083 支持用户灵活选择 GPIO 作为 SPI 通信引脚,通过 AFR 功能复用实现,具体 SPI 引脚请参考数据手册中的引脚定义。

2.全双工模式

SPI 支持全双工通信模式,在该模式下,主机和从机的移位寄存器通过 MOSI、MISO 两条单向数据线进行连接, 在主机提供的 SCK 时钟信号的控制下同时进行两个方向的数据传输。设置控制寄存器 SPIx_CR1 的 MODE 位域为 0x0,使 SPI 工作于全双工通信模式。

2.png

二、FLASH存储器及电路连接

3.png

W25Q64JVSSIQ为华邦NOR型FLASH,存储容量为8Mbytes,每页256bytes,总共有32768个可编程页,最大一次可编程大小为256bytes。一次擦除大小可以为4K、32K、64K字节(K=1024)或者全擦除。支持标准SPI、Dual SPI、Quad SPI,最大操作时钟为133MHz。

芯片SPI接口时序要求如下:

4.png

由接口时序图可知,空闲电平可高可低,数据在第1个时钟上升沿采样。对应的可以选择用模式0或者模式3和MCU进行对接。

三、实例演示

本实例演示MCU(CW32L083)芯片对外部SPI FLASH(W25Q64JVSSIQ)进行读写访问,SPI接口选择模式0。

1.配置RCC和GPIO

void RCC_Configuration(void)
{
  RCC_HSI_Enable(RCC_HSIOSC_DIV2); //SYSCLK = HSI = 24MHz = HCLK = PCLK
  //外设时钟使能
  RCC_AHBPeriphClk_Enable(DEBUG_UART_GPIO_CLK | RCC_AHB_PERIPH_GPIOC, ENABLE);
  DEBUG_UART_APBClkENx(DEBUG_UART_CLK, ENABLE);
}
             
void GPIO_Configuration(void)//包含UART TX RX 复用和LED开关
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure = {0};
  DEBUG_UART_AFTX; //UART TX RX 复用
  DEBUG_UART_AFRX;
  GPIO_InitStructure.Pins = DEBUG_UART_TX_GPIO_PIN;
  GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_Init(DEBUG_UART_TX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
  GPIO_InitStructure.Pins = DEBUG_UART_RX_GPIO_PIN;
  GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_INPUT_PULLUP;
  GPIO_Init(DEBUG_UART_RX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
  GPIO_InitStructure.Pins = GPIO_PIN_3 | GPIO_PIN_2; //PC3 LED1 / PC2 LED2
  GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_Init(CW_GPIOC, &GPIO_InitStructure);
  PC03_SETLOW();//LED灭
  PC02_SETLOW();
}

2.配置UART 

void UART_Configuration(void)
{
   UART_InitTypeDef UART_InitStructure = {0};
   UART_InitStructure.UART_BaudRate = DEBUG_UART_BaudRate; // 波特率
   UART_InitStructure.UART_Over = UART_Over_16; // 采样方式
   UART_InitStructure.UART_Source = UART_Source_PCLK; // 传输时钟源UCLK
   UART_InitStructure.UART_UclkFreq = DEBUG_UART_UclkFreq; // 传输时钟UCLK频率
   UART_InitStructure.UART_StartBit = UART_StartBit_FE; // 起始位判定方式
   UART_InitStructure.UART_StopBits = UART_StopBits_1; // 停止位长度
   UART_InitStructure.UART_Parity = UART_Parity_No ; // 校验方式
   UART_InitStructure.UART_HardwareFlowControl = UART_HardwareFlowControl_None; 
   //硬件流控
   UART_InitStructure.UART_Mode = UART_Mode_Rx | UART_Mode_Tx; // 发送/接收使能
   UART_Init(DEBUG_UARTx, &UART_InitStructure);
}

3.配置SPI接口

void SPI_FLASH_Init(void)
{
  SPI_InitTypeDef  SPI_InitStructure;
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  /************************GPIO Configuration***********************/
  RCC_AHBPeriphClk_Enable(FLASH_SPI_SCK_GPIO_CLK | FLASH_SPI_MISO_GPIO_CLK | FLASH_SPI_MOSI_GPIO_CLK | FLASH_SPI_CS_GPIO_CLK, ENABLE);
  FLASH_SPI_APBClkENx(FLASH_SPI_CLK, ENABLE);
  //SPI SCK MOSI MISO 复用
  FLASH_SPI_AF_SCK;
  FLASH_SPI_AF_MISO;  
  FLASH_SPI_AF_MOSI;     
  //CS
  GPIO_InitStructure.Pins = FLASH_SPI_CS_GPIO_PIN;
  GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStructure.IT = GPIO_IT_NONE;
  GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;
  GPIO_Init(FLASH_SPI_CS_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
  //SCK   
  GPIO_InitStructure.Pins = FLASH_SPI_SCK_GPIO_PIN;
  GPIO_InitStructure.IT = GPIO_IT_NONE;
  GPIO_Init(FLASH_SPI_SCK_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
  //MOSI
  GPIO_InitStructure.Pins = FLASH_SPI_MOSI_GPIO_PIN;
  GPIO_InitStructure.IT = GPIO_IT_NONE;
  GPIO_Init(FLASH_SPI_MOSI_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
  //MISO
  GPIO_InitStructure.Pins = FLASH_SPI_MISO_GPIO_PIN;
  GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
  GPIO_InitStructure.IT = GPIO_IT_NONE;
  GPIO_Init(FLASH_SPI_MISO_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
   //拉高CS
  FLASH_SPI_CS_HIGH();
  /************************SPI Configuration***********************/
  SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;    // 双线全双工
  SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;              // 主机模式
  SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;   // 帧数据长度为8bit
  SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;       // 时钟空闲电平为低
  SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;     // 第1边沿采样
  SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;        // 片选信号由SSI寄存器控制
  SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_32; 
  // 波特率为PCLK的8分频
  SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;    // 最高有效位 MSB 收发在前
  SPI_InitStructure.SPI_Speed = SPI_Speed_High;    // 低速SPI
  SPI_Init(FLASH_SPIx, &SPI_InitStructure);
}

4.比较两个缓冲区数据

TestStatus Buffercmp(uint8_t* pBuffer1, uint8_t* pBuffer2, uint16_t BufferLength)
{
  while(BufferLength--)
  {
     if(*pBuffer1 != *pBuffer2)
     {
       return FAILED;                 
     }
     pBuffer1++;
     pBuffer2++;               
  }
  return PASSED;
}

5.将C库printf函数重新定位到UART

PUTCHAR_PROTOTYPE
{
   UART_SendData_8bit(DEBUG_UARTx, (uint8_t)ch);// 通过UARTx发送一个数据(8bit)
   while (UART_GetFlagStatus(DEBUG_UARTx, UART_FLAG_TXE) == RESET);
   return ch;
}
size_t __write(int handle, const unsigned char * buffer, size_t size)
{
   size_t nChars = 0;     
                 
   if (buffer == 0)
   {//应该刷新内部缓冲区 "handle" == -1
     return 0;
   }
   for (size != 0; --size)
   {
     UART_SendData_8bit(DEBUG_UARTx, *buffer++);
     while (UART_GetFlagStatus(DEBUG_UARTx, UART_FLAG_TXE) == RESET);
     ++nChars;
   }
   return nChars;
}

6.主程序实现SPI对FLASH的读写(具体对FLASH读写可参考cw32_eval_spi_flash.c)

int32_t main(void)
{ 
  RCC_Configuration();//配置RCC
  GPIO_Configuration();//配置GPIO
  UART_Configuration();//配置UART
  SPI_FLASH_Init();//配置SPI
  printf("\r\nCW32L083 SPI FLASH Example\r\n");
  DeviceID = SPI_FLASH_DeviceID();//读取Device ID
  ManufactDeviceID = SPI_FLASH_ManufactDeviceID();//读取Manufacturer / Device ID
  JedecID = SPI_FLASH_JedecID();//读取JEDEC ID
  SPI_FLASH_UniqueID(UniqueID);// 读取Unique ID (64bit)
  printf("\r\nDeviceID = 0x%X\r\nManufactDeviceID = 0x%X\r\nJedecID = 0x%X", DeviceID, ManufactDeviceID, JedecID);
  printf("\r\nUniqueID = 0x ");
  for(uint8_t i = 0; i<8; i++)
  {
     printf("%X ", UniqueID[i]);
  }
  
  if(JedecID == sJedecID)  /* Check JEDEC ID */
  {
     printf("\r\n\nFLASH Detected\r\n");;
     SPI_FLASH_SectorErase(FLASH_SectorToEraseAddress); //擦除扇区 4KB
     SPI_FLASH_BufferWrite(TxBuffer, FLASH_WriteAddress, BufferSize); //写数据
     printf("\r\n写入的数据为:%s\r\n", TxBuffer);
     SPI_FLASH_BufferRead(RxBuffer, FLASH_ReadAddress, BufferSize); //读数据
     printf("\r\n读出的数据为:%s\r\n", RxBuffer);
     //检查写入的数据与读出的数据是否一致
     TransferStatus = Buffercmp(TxBuffer, RxBuffer, BufferSize);
     if(TransferStatus == PASSED)
     {
        PC03_SETHIGH();
        printf("\r\nFLASH Success\r\n");
     }
     else
     {
        PC02_SETHIGH();
        printf("\r\nFLASH Error 1\r\n");
     }
     SPI_FLASH_SectorErase(FLASH_SectorToEraseAddress); //擦除扇区 4KB
     SPI_FLASH_BufferRead(RxBuffer, FLASH_ReadAddress, BufferSize); //读数据
     for(uint8_t j = 0; j < BufferSize; j++)
     {
        if(RxBuffer[j] != 0xFF)
        {
           PC02_SETHIGH();
           printf("\r\nFLASH Error 2\r\n");
        }
     }                
   }
   else// (FlashID != sFLASH_ID)
   {
     PC02_SETHIGH();
     printf("\r\nFLASH Error 3\r\n");
   }
   while(1)
   {
   }
}

7.演示说明

程序读外部FLASH的DeviceID、ManufactDeviceID、JedecID、UniqueID并打印读取到的芯片相关信息,然后依次进行写入数据、读取数据、比较数据、擦除SECTOR、读取数据等操作,当读写正确时,通过UART打印“FLASH Success”,LED1亮。当读取的JedecID不正确,写入读取内容不一致,擦除后读取数据不为全FF时,打印“FLASH Error 2”,LED2亮。如下图所示:

5.png

关于CW32更多详细信息,请访问官方网站www.whxy.com。

来源:武汉芯源半导体

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围观 185

简介

本系列文章回答了常见的问题,并指出了单片机(MCU)的一些细节之处,除非通篇阅读硬件手册,否则可能会忽略这些细节。本系列文章并不适合取代硬件手册,而是对手册的一种补充,重点介绍大多数工程师在开始自己的设计时需要的一些关键项目。本系列文章还从应用的角度探讨了一些设计决策。 

目标MCU

RA2 MCU系列

目录

1. 电源

2. 仿真器支持

3. MCU工作模式

4. 选项设置存储器

5. 安全电路

6. 复位要求和复位电路

7. 存储器

8. 寄存器写保护

9. I/O端口配置

10. 模块停驶功能

11. 终端控制单元

12. 低功耗

13. 外部总线

14. 24位Sigma-Delta A/D转换器(SDADC24)

15. 可配置开关的运算放大器(OPAMP)

16. 一般布线实践

17. 参考资料

1. 电源

RA系列具有数字电源和模拟电源。电源使用以下引脚。 

表1. 数字电源

1.jpg

注1:仅适用于RA2A1。VCC_USB同时支持输入和输出。输入时被用USB收发器的电源。输出时则为USBLDO稳压器的输出电压,此时需要连接外部电容。如果不使用USB LDO稳压器,请将此引脚连接至VCC。使用稳压器时,请通过0.1 µF电容将此引脚连接至VSS。

注2:仅适用于RA2L1。请参阅RA2L1用户手册 硬件篇 “内部电压稳压器”章的内容进行操作。

表2. 模拟电源

2.jpg

注:1. 对于RA2A1而言,适用于16位ADC。

2. 仅RA2A1产品有此引脚。

3. RA2E2产品无此引脚。

4. 当RA2E2不使用12位ADC时,将VREFH0和VREFL0分别连接至VCC和VSS。

1.1 参考资料

有关RA MCU系列的电源的更多信息,请在瑞萨电子官网参见以下文档:

• R01UH0888 RA2A1系列,RA2A1系列用户手册:硬件

• R01UH0852 RA2E1系列,RA2E1系列用户手册:硬件

• R01UH0919 RA2E2系列,RA2E2系列用户手册:硬件

• R01UH0853 RA2L1系列,RA2L1系列用户手册:硬件

各产品之间的章节编号可能会有所不同。

第1章“概述”列出了每个封装中的电源引脚以及建议的旁路电容。

第5章“复位”探讨了上电复位以及如何将其与其他复位源区分开。

第7章“低压检测”详细介绍了可用于监视电源的低压检测电路。“选项设置存储器”一章还介绍了如何在启动时自动使能低压检测0电路。

第11章“备用电池功能”介绍了如何为RTC和副时钟振荡器提供备用电池。

如果打算使用片上模数转换器(ADC)或数模转换器(DAC),请参见以下章节内容以了解有关如何为这些外设提供经过滤波的电源的详细信息:

12位A/D转换器 (ADC12)

16位A/D转换器 (ADC16)

24位Sigma-Delta A/D转换器 (SDADC24)

8位D/A转换器 (DAC8)

12位D/A转换器 (DAC12)

表 3. RA2 MCU系列用户手册:硬件 

3.jpg

2. 仿真器支持

RA2 MCU产品支持使用SWD进行调试,并可使用SCI通信进行串行编程。借助该仿真器,可以轻松地在调试和串行编程之间进行切换。

SWD仿真器接口应连接到符合ARM标准的10引脚或20引脚插座。添加了TXD和RXD引脚,以使用SCI通信进行串行编程。

仿真器支持有助于产品开发和原型设计,一旦进入生产环节,则不再需要仿真器支持。此种情况下,请依照各硬件手册中“未使用引脚的处理”章节中的内容配置端口,也可参照本系列内容后文9.5章节的内容。

2.1 SWD接口

4.jpg

图1. SWD接口连接

注:1. 用户系统复位电路的输出必须为集电极开路。

2.2 使用SCI的串行编程接口

5.jpg

图2. 使用SCI连接的串行编程接口

注:1. 用户系统复位电路的输出必须为集电极开路

2.3 多路仿真器接口

6.jpg

图3. 支持SWD调试接口和SCI烧写的多路仿真器接口连接

注:1. 用户系统复位电路的输出必须为集电极开路。 

来源:瑞萨MCU小百科

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围观 24

一、限幅滤波法
1、方法:

  • 根据经验判断两次采样允许的最大偏差值(设为A)

  • 每次检测到新值时判断:

a. 如果本次值与上次值之差<=A,则本次值有效

b. 如果本次值与上次值之差>A,则本次值无效,放弃本次值,用上次值代替本次值

2、优点:

  • 能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰

3、缺点

  • 无法抑制那种周期性的干扰

  • 平滑度差

/* A值根据实际调,Value有效值,new_Value当前采样值,程序返回有效的实际值 */
#define A 10char Value;
char filter()
{    
    char new_Value;    
    new_Value = get_ad(); // 获取采样值    
    if( abs(new_Value - Value) > A)           
        return Value;     // abs()取绝对值函数    
        return new_Value;
}

二、中位值滤波法

1、方法:

  • 连续采样N次(N取奇数),把N次采样值按大小排列

  • 取中间值为本次有效值

2、优点:

  • 能有效克服因偶然因素引起的波动干扰

  • 对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果

3、缺点:

  • 对流量、速度等快速变化的参数不宜

#define N 11char filter()
{    
    char value_buf[N];    
    char count, i, j, temp;    
    for(count = 0; count < N; count ++) //获取采样值    
    {        
        value_buf[count] = get_ad();        
        delay();    
    }    
    for(j = 0; j < (N-1); j++)    
    {        
        for(i = 0; i < (n-j); i++)        
        {            
            if(value_buf[i] > value_buf[i+1])            
            {                
                temp = value_buf[i];                
                value_buf[i] = value_buf[i+1];                
                value_buf[i+1] = temp;            
            }        
        }    
    }    
    return value_buf[(N-1)/2];
}

三、算术平均滤波法

1、方法:

  • 连续取N个采样值进行算术平均运算

  • N值较大时:信号平滑度较高,但灵敏度较低

  • N值较小时:信号平滑度较低,但灵敏度较高

  • N值的选取:一般流量,N=12;压力:N=4

2、优点:

  • 适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波

  • 这样信号的特点是有一个平均值,信号在某一数值范围附近上下波动

3、缺点:

  • 对于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制不适用

  • 比较浪费RAM

#define N 12
char filter()
{    
    int sum = 0;    
    for(count = 0; count < N; count++)    
    {        
        sum += get_ad();    
    }     
    return (char)(sum/N);
}

四、递推平均滤波法

1、方法:

  • 把连续取N个采样值看成一个队列

  • 队列的长度固定为N

  • 每次采样到一个新数据放入队尾,并扔掉原来队首的一次数据.(先进先出原则)

  • 把队列中的N个数据进行算术平均运算,就可获得新的滤波结果

  • N值的选取:流量,N=12;压力:N=4;液面,N=4 ~ 12;温度,N=1 ~ 4

2、优点:

  • 对周期性干扰有良好的抑制作用,平滑度高

  • 适用于高频振荡的系统

3、缺点:

  • 灵敏度低

  • 对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差

  • 不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差

  • 不适用于脉冲干扰比较严重的场合

  • 比较浪费RAM

/* A值根据实际调,Value有效值,new_Value当前采样值,程序返回有效的实际值 */
#define A 10
char Value;
char filter()
{    
    char new_Value;    
    new_Value = get_ad(); // 获取采样值    
    if( abs(new_Value - Value) > A)           
        return Value;     // abs()取绝对值函数    
    return new_Value;
}

五、中位值平均滤波法

1、方法:

  • 相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”

  • 连续采样N个数据,去掉一个最大值和一个最小值

  • 然后计算N-2个数据的算术平均值

  • N值的选取:3~14

2、优点:

  • 融合了两种滤波法的优点

  • 对于偶然出现的脉冲性干扰,可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差

3、缺点:

  • 测量速度较慢,和算术平均滤波法一样

  • 比较浪费RAM

char filter()
{    
    char count, i, j;    
    char Value_buf[N];    
    int sum = 0;    
    for(count = 0; count < N; count++)    
    {        
        Value_buf[count] = get_ad();    
    }     
    for(j = 0; j < (N-1); j++)    
    {        
        for(i = 0; i < (N-j); i++)        
        {            
            if(Value_buf[i] > Value_buf[i+1])            
            {                
                temp = Value_buf[i];                
                Value_buf[i] = Value_buf[i+1];                
                Value_buf[i+1] = temp;            
            }        
        }      
    }        
    for(count = 1; count < N-1; count ++)    
    {        
        sum += Value_buf[count];    
    }    
    return (char)(sum/(N-2));
}

六、限幅平均滤波法

1、方法:

  • 相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”

  • 每次采样到的新数据先进行限幅处理,

  • 再送入队列进行递推平均滤波处理

2、优点:

  • 融合了两种滤波法的优点

  • 对于偶然出现的脉冲性干扰,可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差

3、缺点:

  • 比较浪费RAM

#define A 10
#define N 12
char value, i = 0;
char value_buf[N];
char filter()
{    
    char new_value, sum = 0;    
    new_value = get_ad();    
    if(Abs(new_value - value) < A)          
        value_buf[i++] = new_value;    
    if(i==N)          
        i=0;    
    for(count = 0; count < N; count++)    
    {        
        sum += value_buf[count];    
    }    
    return (char)(sum/N);
}

七、一阶滞后滤波法

1、方法:

  • 取a=0~1

  • 本次滤波结果=(1-a)本次采样值+a上次滤波结果

2、优点:

  • 对周期性干扰具有良好的抑制作用

  • 适用于波动频率较高的场合

3、缺点:

  • 相位滞后,灵敏度低

  • 滞后程度取决于a值大小

  • 不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号

/*为加快程序处理速度,取a=0~100*/
#define a 30
char value;
char filter()
{    
    char new_value;    
    new_value = get_ad();    
    return ((100-a)*value + a*new_value);
}

八、加权递推平均滤波法

1、方法:

  • 是对递推平均滤波法的改进,即不同时刻的数据加以不同的权

  • 通常是,越接近现时刻的数据,权取得越大。

  • 给予新采样值的权系数越大,则灵敏度越高,但信号平滑度越低

2、优点:

  • 适用于有较大纯滞后时间常数的对象

  • 和采样周期较短的系统

3、缺点:

  • 对于纯滞后时间常数较小,采样周期较长,变化缓慢的信号

  • 不能迅速反应交易系统当前所受干扰的严重程度,滤波效果差

/* coe数组为加权系数表 */
#define N 12
char code coe[N] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12};
char code sum_coe = {1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 + 9 + 10 + 11 + 12};
char filter()
{    
    char count;    
    char value_buf[N];    
    int sum = 0;    
    for(count = 0; count < N; count++)    
    {        
        value_buf[count] = get_ad();    
    }    
    for(count = 0; count < N; count++)    
    {        
        sum += value_buf[count] * coe[count];    
    }     
    return (char)(sum/sum_coe);
}

九、消抖滤波法

1、方法:

  • 设置一个滤波计数器

  • 将每次采样值与当前有效值比较:

  • 如果采样值=当前有效值,则计数器清零

  • 如果采样值>或<当前有效值,则计数器+1,并判断计数器是否>=上限N(溢出)

  • 如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器

2、优点:

  • 对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果,

  • 可避免在临界值附近控制器的反复开/关跳动或显示器上数值抖动

3、缺点:

  • 对于快速变化的参数不宜

  • 如果在计数器溢出的那一次采样到的值恰好是干扰值,则会将干扰值当作有效值导入交易系统

#define N 12char filter()
{    
    char count = 0, new_value;    
    new_value = get_ad();    
    while(value != new_value)    
    {        
        count++;        
        if(count >= N)             
            return new_value;        
        new_value = get_ad();    
    }    
    return value;
}

十、限幅消抖滤波法

1、方法:

  • 相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”

  • 先限幅,后消抖

2、优点:

  • 继承了“限幅”和“消抖”的优点

  • 改进了“消抖滤波法”中的某些缺陷,避免将干扰值导入系统

3、缺点:

  • 对于快速变化的参数不宜

#define A 10
#define N 12
char value;
char filter(){    
    char new_value, count = 0;    
    new_value = get_ad();    
    while(value != new_value)    
    {        
        if(Abs(value - new_value) < A)        
        {            
            count++;            
            if(count >= N)                 
                return new_value;            
            new_value = get_ad();        
        }        
        return value;    
    }
}

来源:STM32嵌入式开发

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围观 98

之前有读者问过类似这样的问题:

1.EEPROM 和 FLASH有什么区别?

2.单片机中为什么很少有EEPROM呢?

3.ROM不是只读存储器吗?为什么 EEPROM 可以读写操作呢?

今天就来围绕EEPROM 和 FLASH展开描述,希望能解决你心中的疑惑。

ROM的发展

ROM:Read-Only Memory,只读存储器。

以非破坏性读出方式工作,只能读出无法写入信息,信息一旦写入后就固定下来,即使切断电源,信息也不会丢失,所以又称为固定存储器。---来自百度百科

最早的ROM是不能编程的,出厂时其存储内容(数据)就已经固定了,永远不能修改,也不灵活。

因为存在这种弊端,后来出现了PROM(Programmable read-only memory,可编程只读存储器),可以自己写入一次,要是写错了,只能换一块芯片。

1.jpg

因为只能写一次,还是存在很多不方便,于是出现了EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory,可擦除可编程只读存储器),这种存储器就可以多次擦除,但是这种可擦除的存储是通过紫外线进行擦除,擦除的时候也不是很方便。

引用一个比如:如果你往单片机下载一个程序之后发现有个地方需要加一句话,为此你要把单片机放紫外灯下照半小时,然后才能再下一次,这么折腾一天也改不了几次。

随着技术的不断进步,EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory,电可擦除可编程只读存储器)来了,解决了ROM过去历史中存在一些问题。

早期的EEPROM:早期的EEPROM的特点是可以随机访问和修改任何一个字节,可以往每个bit中写入0或者1,现在基本以字节为单位了。

早期的EEPROM具有较高的可靠性,但是电路更复杂,其成本也更高,因此EEPROM的容量都很小,从几KB到几百KB不等。(有点类似前面说的因为工艺和制造成本的原因,RAM的容量也不大)。

如今的EEPROM支持连续多字节读写操作了,算是已经发展到很先进的水平了。

至此,大家今天看到的EEPROM,基本都是发展的很成熟的EEPROM了。

Flash的发展

Flash,又叫Flash Memory,即平时所说的“闪存”。

Flash结合了ROM和RAM的长处,不仅具备电子可擦除可编程(EEPROM)的功能,还可以快速读取数据,具有NVRAM的优势(NVRAM:Non-Volatile Random Access Memory,非易失性随机访问存储器)。

在过去,嵌入式系统一直使用ROM(EPROM)作为它们的存储设备,Flash的出现,全面代替了ROM(EPROM)在嵌入式系统中的地位,用作存储Bootloader以及操作系统或者程序代码或者直接当硬盘使用(U盘、固态硬盘)。

2.png

Flash通常分为:NOR Flash 和 NAND Flash,它们各自有各自的优缺点。

1.NOR Flash

Intel于1988年首先开发出NOR flash技术,彻底改变了原先由EPROM和EEPROM一统天下的局面。
NOR Flash的读取和我们常见的SDRAM的读取是一样,即可以根据地址随机读写,用户可以直接运行装载在NOR FLASH里面的代码,这样可以减少SRAM的容量从而节约了成本。因为其读取速度快,多用来存储程序、操作系统等重要信息。

2.NAND Flash

1989年,东芝公司发表了NAND flash结构,强调降低每比特的成本,更高的性能,并且象磁盘一样可以通过接口轻松升级。

NAND Flash没有采取内存的随机读取技术,它的读取是以一次读取一块的形式来进行的,通常是一次读取512个字节,采用这种技术的制作Flash的成本更廉价。

用户不能直接运行NAND Flash上的代码,因此好多使用NAND Flash的开发板除了使用NAND Flash以外,还作上了一块小的NOR Flash来运行启动代码。

3.比较

相比于 NOR Flash,NAND Flash 写入性能好,大容量下成本低。
目前,绝大部分手机和平板等移动设备中所使用的 eMMC 内部的 Flash Memory 都属于 NAND Flash。PC 中的固态硬盘中也是使用 NAND Flash。

EEPROM和FLASH区别

现在的 EEPROM 和 FLASH 都属于“可多次电擦除存储器”,但他们二者之间还是有很大差异。

首先,他们最大差异就是:FLASH按块/扇区进行读写操作,EEPROM支持按字节读写操作。

其次,容量大小不同:FLASH容量可以做到很大,但EEPROM容量一般都很小。

再次,就是它们的应用场景不同:EERPOM存储零散小容量数据,比如:标志位、一组数据等。

LASH存储大容量数据,比如:程序代码、图片信息等。

再次,内部结构不同,Flash结构更简单,成本更低,类似前面和大家分享的《单片机中RAM少的原因》。

当然,还有很多其他区别,但随着技术的提升,它们二者已经很接近了。以前它们不能满足的功能,现在基本都能满足了。

单片机中为啥很少有EEPROM?

通过上面的描述,相信大家基本都能明白,为什么单片机中很少有EEPROM了。

下面简单总结一下几点原因:

1.Flash容量更大,储存数据更多;

2.Flash速度更快,特别是读取速度;

3.同等容量,Flash成本更低;

4.Falsh体积更小,在单片机有限的空间Flash优势更明显;

5.随着RAM增加、CPU处理速度增快,能用Flash“模拟”EERPOM;

6.···

来源: 嵌入式专栏(作者:strongerHuang)

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围观 156

关于 UART FIFO

Synwit SWM系列单片机的UART FIFO 

  • 如何配合接收门限中断、接收超时中断完成UART数据接收

  • 如何配合发送门限中断完成UART数据发送

  • SWM芯片UART有独立的RX FIFO和TX FIFO,深度都是8
    ——RX FIFO 可以设定当 FIFO 中数据个数大于指定个数时产生中断,通知 APP 将接收到的数据读走。
    ——TX FIFO 可以设定当 FIFO 中数据个数小于指定个数时产生中断,通知 APP 将需要发送的数据写入 TX FIFO。

    通过使用 FIFO 和门限中断,可以大幅减少UART_Handler 中断函数执行的频率,提高芯片执行效率。

接收门限中断与接收超时中断

以如下配置为例:

  • RXThreshold = 3;

  • RXThresholdIEn = 1;

  • TimeoutTime = 10;

  • TimeoutIEn = 1;

SWM181、SWM260、SWM320

对方发送8个数据的情况

1.png

每接收到一个数据,RX FIFO中数据个数加一,当RX FIFO中数据个数大于RXThreshold时,触发接收中断。

对方发送9个数据的情况

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只有当接收FIFO中有数据,且在指定时间内未接收到新的数据时,才会触发超时中断。

若应用中希望通过数据间时间间隔作为帧间隔依据,即不管对方发送过来多少个数据,最后都能产生超时中断,可以通过在接收ISR中从RX FIFO中读取数据时总是少读一个(即让一个数据留在RX FIFO中)来实现。

SWM190、SWM211、SWM341

UARTx->TOCR.MODE = 0

与SWM181、SWM260、SWM320情况完全相同

UARTx->TOCR.MODE = 1

不管对方发送几个数据,最后

不管对方发送几个数据,最后都能触发超时中断

以如下配置为例:

  • TXThreshold = 4;

  • TXThresholdIEn = 1;

3.png

每发送出一个数据,TX FIFO中数据个数减一,当TX FIFO中数据个数小于等于TXThreshold时,触发发送中断。

初始化时不能开启发送中断,只能在发送FIFO填入数据后再开启发送中断;否则开启发送中断后会立即触发发送中断。

来源:华芯微特32位MCU

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