1? C8051Fxxx單片機簡單介紹和Flash結構

　　C8051Fxxx系列器件是Silicon Labs推出的一個高速單片機系列。這款單片機是完全集成的混合信號片上系統型MCU 芯片，具有高速、流水線結構的8051 兼容的CIP51內核；70%的指令的執行時間為1個或2個系統時鐘周期；片上有豐富的片內外設，根據型號的不同，包括ADC、DAC、UART、捕捉/比較模塊的可編程計數器/定時器陣列、SPI、SMBus等。

　　C8051Fxxx單片機有大容量的Flash存儲器，用于程序代碼和非易失性數據存儲，可在系統編程。Flash的結構是以扇區為單位組織的（128 KB系列以1 024字節為1個扇區，64 KB系列以512字節為1個扇區）。非易失性Flash可以用來存儲系統的參數，如軟件版本、生產日期等。Flash可以使用編程器擦寫，也可以在程序中使用MOVX指令來修改，從而使Flash 存儲器具有在系統重新編程能力，允許現場更新8051 固件程序。Flash的寫和擦除操作由硬件自動定時，以保證操作正確通過。C8051Fxxx的Flash保存下載的程序，在系統上電后，單片機從Flash讀出代碼數據到RAM，之后程序開始運行。

2? 程序丟失問題的出現和原因

　　在一些實際應用中，系統重新上電后會出現程序不能正常運行的問題，常表現為“程序丟失”。通常是由于程序代碼被損壞或被修改造成的。

　　造成程序丟失問題的原因很多，可以歸結到一個基本原因，即對Flash的訪問失敗而造成Flash保存的代碼出現錯誤。對于所有包含有Flash寫/擦除子程序的系統，當CPU工作在規定的VDD、溫度、系統時鐘頻率范圍之外時，對Flash進行寫/擦除操作，都有可能出現Flash數據錯誤的現象。

2.1? Flash數據錯誤的硬件原因

　　C8051Fxxx單片機的Flash操作由硬件控制，所以硬件上的不穩定可能造成Flash操作錯誤。硬件原因主要是能影響CPU正常運行的因素，以及能影響Flash操作環境的因素。這些因素包括操作電壓、溫度以及外部干擾脈沖等，具體如下：

　　①? 能影響CPU運行可靠性的參數有系統時鐘源。如果系統時鐘由外部晶振提供，外部的電磁干擾引起尖脈沖，并耦合到系統時鐘上，則會導致不可預知的操作。
　　② ?系統在單片機的工作電壓沒有穩定（VDD上升時間低于規定的1 ms）時就已經完成復位，由于系統復位時需要從Flash讀出代碼數據，Flash電壓不穩定會出現不可預測的錯誤。
　　③? 在對Flash的操作過程中，如果溫度、電壓不穩定，也可能造成Flash數據錯誤。

2.2? Flash數據錯誤的軟件原因

　　代碼設計的缺陷是程序丟失的主要原因，因為單片機的Flash是由硬件來控制的，不能由軟件來控制操作的細節，所以程序的不完善可能造成Flash的訪問出錯，從而使Flash數據出現錯誤。 這些操作包括： 在PSWE位（PSCTL.0）置1時CPU執行中斷服務程序中的MOVX寫操作，該中斷服務程序要使用xdata 或pdata 的易失性存儲區單元，這樣可能導致向xdata 或pdata存儲區寫的數據寫到Flash中了，從而出現問題。另外，如果使用外部晶振作系統時鐘，在時鐘沒有穩定時就對Flash進行寫操作，也可能造成程序丟失。

3? 程序丟失問題的解決方法

　　針對以上可能的原因，可以從軟硬件兩個方面來解決程序丟失問題。在硬件方面，主要是給系統提供穩定的工作環境，并避免外部干擾對CPU運行環境的影響；在軟件方面，主要是規范對Flash的操作。

3.1? 從硬件方面預防程序丟失

　　注意，以下的方法不是對所有的器件都適用，要根據具體的硬件情況選擇相應的方法：

　　① ?在RST引腳安裝VDD監測電路，并將VDD監視設置為一個復位源（置RSTSRC.1為1）。這樣如果系統電壓不穩定，系統將自動復位，從而避免在電壓不穩時訪問Flash。
　　② ?對外部晶振時鐘2分頻，更好的方法是使用內部振蕩器，這樣能提高系統時鐘的抗干擾能力。
　　③? 如果使用外部晶振提供系統時鐘，信號線應盡量靠近單片機的輸入端，同時晶振外殼接地。
　　④? 對于使用外部晶振作時鐘源的系統，應盡量增強晶振的驅動能力，這樣也能在一定程度上預防程序丟失。

3.2? 從軟件方面預防程序丟失

　　程序丟失的主要原因是程序設計的缺陷，所以合理的程序代碼設計能極大地預防該問題的出現。在代碼中可以用多種方法來預防Flash數據丟失：

　　① ?在PSWE=1下禁止中斷，使得程序中的MOVX寫指令是對Flash而不是對XRAM。
　　②? 在PSWE=1下盡可能少地訪問變量。在PSWE=0下執行地址譯碼操作，并用間接尋址方式執行MOVX寫操作。例如，向Flash寫多個字節，間接尋址和寫PSWE過程如下：

　　unsigned char xdata * idata pwrite;//使用idata指針指向Flash
　　unsigned char *source;
　　unsigned char mydata;
　　for (addr = 0; addr < 100; addr++) {
　　　　//PSWE =0時獲取要寫入的數據
　　　　mydata = *source++;
　　　　//PSWE =0時修改寫入數據的目標地址
　　　　pwrite = (unsigned char xdata *) addr;
　　　　PSCTL = 0x01;//PSWE=1
　　　　//賦值方式寫入數據，此時不執行目標地址的修改操作
　　　　*pwrite = mydata;
　　　　PSCTL = 0x00;//PSWE=0
　　}

　　以上代碼中，當PSWE = 1時只執行寫Flash操作（*pwrite = mydata）；其他操作，如修改addr的值、獲取源數據和目的地址，都是在PSWE = 0時執行的。

　　③? 將Flash寫/擦除指針指向data或idata區。
　　④? 減少將PSWE置1的指令操作。理想的情況是只有兩個操作將PSWE置1，即寫1個Flash字節和擦除1個Flash字節。
　　⑤? 在Flash寫/擦除函數中，使能VDD監視并設置復位源。使能和設置操作必須在實際的寫操作發生之前，置PSWE=1之后完成。
　　⑥? 代碼中所有的對RSTSRC的寫操作均用直接賦值方式完成（如RSTSRC = 0x02）,不能用讀/寫指令（如ORL或ANL）來完成。例如，代碼“RSTSRC |= 0x02”是非法的。
　　⑦? 對于能用PORSF位來設置VDD為復位源的器件，保證在寫RSTSRC時置PORSF＝1，即先使能VDD為復位源，再使能其他復位源的操作，如時鐘丟失監測（missing clock detector）、比較單元和軟件復位。

4? 一個實際應用方案

　　在有的應用場合，由于需要較快的執行速度，不能使用單片機的內部時鐘作系統時鐘源，所以使用外部晶振來提供時鐘。在這種情況下，首先要在硬件上確保系統工作參數正常。

　　在軟件上，由于最常見的Flash丟失原因是程序問題，所以可以在代碼中用多種方法來預防Flash數據丟失。首先，在初始化單片機時，使能VDD檢測，并設置VDD和時鐘丟失為復位源。如果程序中有寫/擦除Flash的代碼，則在寫/擦除操作前切換系統時鐘，將系統時鐘切到內部時鐘或對外部時鐘2分頻；寫/擦除操作完成之后，再恢復系統時鐘，通過增加Flash修改操作時的時間開銷來實現系統的穩定［2］。以下以C8051F126為例，給出了系統時鐘切換的程序清單：

　　void SYSCLKAdjust(unsigned char select) {
　　　　EA_Save=EA;
　　　　SFRPAGE=0x0f;
　　　　switch(select) {
　　　　　　case 0x01:
　　　　　　　　OSCICN_Save = OSCICN;
　　　　　　　　CLKSEL_Save = CLKSEL;
　　　　　　　　OSCICN = 0xc3;//內部時鐘，不分頻
　　　　　　　　CLKSEL = 0x00;
　　　　　　　　break;
　　　　　　case 0x02:
　　　　　　　　OSCXCN_Save = OSCXCN;
　　　　　　　　OSCXCN |= 0x70;//外部時鐘2分頻
　　　　　　　　break;
　　　　　　default://選擇內部時鐘
　　　　　　　　OSCICN_Save = OSCICN;
　　　　　　　　CLKSEL_Save = CLKSEL;
　　　　　　　　OSCICN = 0xc3;
　　　　　　　　CLKSEL = 0x00;
　　　　　　　　break;
　　　　}
　　}

　　要恢復系統時鐘到Flash操作前的狀態，只需將CLKSEL_Save、OSCICN_Save、OSCXCN_Save重新寫回到CLKSEL、OSCIN、OSCXCN。

　　C8051F126的系統時鐘（SYSCLK）可以在內部時鐘和外部時鐘之間自由切換，切換時的操作要求如下：

　　① ?在切換過程中，先設置所選時鐘的屬性，再用CLKSEL將其設置為SYSCLK。
　　② ?在還原過程中，先用CLKSEL選擇時鐘源，再設置其屬性。
　　③? 如果切換過程中關閉外部晶振，要再恢復外部時鐘，啟動后至少要等1 ms，再去讀XTLVLD（OSCXCN.7）來判斷晶振時鐘是否穩定。否則，可能讀到錯誤值。
　　④ ?在外部時鐘穩定運行后，再對其分頻，不必插入等待周期。
　　⑤? 在切換過程中，可以保持外部時鐘繼續運行，這樣在還原過程中就不必等待外部時鐘穩定，從而節省時間開銷，代價是系統功耗有所增加。

5? 總結

　　程序丟失會帶來各種不良的后果，最嚴重時致使程序無法正常運行，從而造成整個系統崩潰，給產品的應用帶來麻煩。在系統的硬件設計和代碼編寫過程中，通過對以上問題的注意，可以有效地防止程序丟失問題的出現。另外，由于系統時鐘的切換只發生在Flash的寫/擦除過程中，操作結束后又恢復成原來的設置，因而對系統運行速度的影響很小，從而保證了系統其他功能的實現。?