CN101561750A - 一种电表soc系统及其初始化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电表SOC系统及其初始化方法，系统包括片上微机系统MCU和flash存储器，还包括连接于片上微机系统MCU和flash存储器之间的flash接口电路以及与该flash接口电路相连的串行外设接口SPI；方法包括MCU初始化方法和SPI初始化方法。本发明的电表SOC系统中，具有两种初始化方法的flash(闪存)的系统接口，可以方便灵活的对flash进行擦除、读写和校验操作，便于SOC系统中的MCU对flash进行管理和读取程序，可以把需要保存的电能等数据输入保存到该flash中，省去了常用的E2PROM；可以在电表SOC系统中实现IAP，方便软件的开发和应用。

Description

一种电表SOC系统及其初始化方法

技术领域

本发明涉及一种电表SOC系统，尤其涉及具有两种初始化方法的flash接口电路的电表SOC(片上系统)系统。

技术背景

Flash(闪存)是非易失存储器，在掉电后信息不丢失，存储器单元可以进行擦除和再编程，可由内部的处理器完成对芯片的操作；内部flash(闪存)可以支持IAP(在系统应用)编程，非常便于现场或远程软件修改、调试或升级，也可以用于保存数据，在电表应用中，可以把电能计量的数据保存到flash(闪存)中，省去通常外部扩展的E2PROM(电可擦除只读存储器)，系统可靠性增加，总体成本下降。Flash(闪存)能提供极高的单元密度，达到高存储密度，并且写入和擦除速度也很快，因此越来越多的MCU(单片微型计算机)内部集成flash(闪存)。Flash(闪存)应用的困难在于flash(闪存)的管理需要根据系统的需要和工艺的不同，设计特殊的系统接口。

现有技术的采用HHNEC 0.25的EF250 FLASH工艺的SOC系统的flash的各种操作命令表如下：

表中，其中Addr为flash(闪存)的地址总线的Addr[11:1]，其他bit位的值可为0或者1；Data为flash(闪存)的数据总线的低8位；BA为byteprogram(字节编程)的地址；WA为word program(字节编程)的地址；BD为byte program(字节编程)时的数据；WD为word program(字节编程)的数据；SAx为需要sector erase(片擦除)的地址；BAx为block erase(块擦除)的地址。请参阅图1至图3，为现有技术的Flash编程时序图、片擦除时序示意图以及Flash的读时序示意图，如何能够更方便快捷、更灵活的对flash进行编程，是本发明亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，而提供一种电表SOC系统及其初始化方法，该电表SOC系统中，具有两种初始化方法的flash(闪存)的系统接口，可以方便灵活的对flash进行擦除、读写和校验操作，便于SOC系统中的MCU(单片微型计算机)对flash进行管理和读取程序。

实现上述目的的技术方案是：

本发明之一的一种电表SOC系统，包括片上微机系统MCU和flash存储器，其中，还包括一连接于片上微机系统MCU和flash存储器之间的flash接口电路以及与该flash接口电路相连的串行外设接口SPI，其中：

所述的flash接口电路实现对flash存储器的擦除、读写和校验操作，将需要保存的电能信息输入保存到flash存储器中，它作为flash存储器与片上微机系统MCU和串行外设接口SPI之间的接口；

所述的串行外设接口SPI实现电表SOC系统的SPI操作模式，当外部输入信号为高电平时，该串行外设接口SPI通过flash接口电路对flash存储器进行操作；

所述的片上微机系统MCU实现电表SOC系统的MCU操作模式，当外部输入信号为低电平时，该片上微机系统MCU通过flash接口电路对flash存储器进行操作。

上述的电表SOC系统，其中，所述的flash接口电路包括相连的模块选择模块以及flash控制模块，所述的flash控制模块包括有一寄存器flash_con。

上述的电表SOC系统，其中，

在所述的SPI操作模式时，flash存储器的读或写或擦除的使能信号通过所述的flash接口电路来自于所述的串行外设接口SPI，flash存储器的操作由该使能信号和寄存器flash_con共同控制；

在所述的MCU操作模式时，flash存储器的读或写或擦除的使能信号通过所述的flash接口电路来自于所述的片上微机系统MCU，flash存储器的操作由该使能信号和寄存器flash_con共同控制。

本发明之二的一种基于上述电表SOC系统的初始化方法，其中，它包括MCU初始化方法和SPI初始化方法，其中：

MCU初始化方法在MCU操作模式下进行，系统中集成一个2K的、用于存放启动程序、在线调试程序和在线编程程序的ROM，在该模式下，只需要两根硬件连线，即运行状态输出/调试双向引脚esd和双向数据引脚edat，把flash存储器当作外部数据存储器EXRAM，使用MOVX指令对每个存储单元进行操作，系统上电后，电表SOC系统首先运行启动程序，若此时运行状态输出/调试双向引脚esd拉低，系统进入ISP程序，此时，程序运行2K的ROM中的程序，接收开漏的双向数据引脚edat中的串行数据，接收到的数据用于外部与MCU的通讯，以作为初始化flash存储器的地址和数据；否则，程序进入用户程序；

SPI初始化方法在SPI操作模式下进行，此时，只有串行外设接口SPI、flash接口电路和flash存储器工作，电表SOC系统看作是一个带接口的普通的flash芯片，在对flash存储器的操作改变时，需要先对寄存器flash_con进行初始化。当传输的地址为{FFFF}时，表示写寄存器flash_con。

上述的电表SOC系统的初始化方法，其中，所述的MCU初始化方法中，接收开漏的双向数据引脚edat中的串行数据时，每次接收8bits数据。

上述的电表SOC系统的初始化方法，其中，所述的MCU初始化方法中，flash存储器作为系统的EXRAM，起始地址为0000H，通过MOVX指令和寄存器flash_con的设置，可以对flash进行一次一个字节的读出或编程操作，或对flash进行片擦除、页擦除或者块擦除操作，通过MOVX指令来访问片内程序存储空间。

上述的电表SOC系统的初始化方法，其中，所述的MCU初始化方法中，对flash存储器的编程步骤为：

步骤S1，设置寄存器flash_con，为04H，即可以通过MOVX指令对flash存储器进行整片擦除；

步骤S2，使用MOVX指令，产生一个写操作，flash接口电路由此产生对flash存储器的片擦除命令；

步骤S3，设置寄存器flash_con，为01H，即可以用MOVX写程序空间；

步骤S4，使用MOVX指令向flash存储器中任何一个位置写入数据字节；

步骤S5，使用MOVX指令在要求的字节位置写入数据字节，反复重复直至完成；

步骤S6，清除寄存器flash_con中的值，设置flash存储其为只读即默认值。

本发明的有益效果是：本发明在电表SOC系统中，设置了带有SPI初始化功能的flash(闪存)接口电路，可以方便灵活的对flash进行擦除、读写和校验操作，便于电表SOC系统中的MCU对flash进行管理和读取程序。可以把需要保存的电能等数据输入保存到该flash中，省去了常用的E2PROM；可以在电表SOC系统中实现IAP(在系统应用编程)，方便软件的开发和应用。

附图说明

图1是现有技术的Flash编程时序图；

图2是现有技术的片擦除时序示意图；

图3是现有技术的Flash的读时序示意图；

图4是本发明之一的一种电表SOC系统的系统框图；

图5是本发明之一的电表SOC系统中的模块选择模块的电路图；

图6是本发明之一的电表SOC系统中的flash控制模块的电路图；

图7是本发明之二的SPI对flash编程时数据传输示意图；

图8是本发明之二的SPI读取flash中值时的数据传输示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图4至图6，图中示出了本发明之一的一种电表SOC系统，包括片上微机系统MCU1和flash存储器4，还包括连接于片上微机系统MCU1和flash存储器4之间的flash接口电路3以及与该flash接口电路3相连的串行外设接口SPI2，其中：

flash接口电路3实现对flash存储器4的擦除、读写和校验操作，将需要保存的电能信息输入保存到flash存储器4中，它作为flash存储器4与片上微机系统MCU1和串行外设接口SPI2之间的接口；

flash接口电路3包括相连的模块选择模块31以及flash控制模块32，flash控制模块32包括有一个寄存器flash_con33。

串行外设接口SPI2实现电表SOC系统的SPI操作模式，当外部输入信号SPI_FLASH_EN为高电平时，该串行外设接口SPI2通过flash接口电路3对flash存储器4进行操作，flash存储器4的读或写或擦除的使能信号来自于串行外设接口SPI2，flash存储器4的操作由该使能信号和寄存器flash_con33共同控制；

片上微机系统MCU1实现电表SOC系统的MCU操作模式，当外部输入信号spi_flash_en为低电平时，该片上微机系统MCU1通过flash接口电路3对flash存储器4进行操作，flash存储器4的读或写或擦除的使能信号来自于片上微机系统MCU1，flash存储器4的操作由该使能信号和寄存器flash_con33共同控制。

图6为本发明之一的电表SOC系统中的模块选择模块，其中prom_dout为从flash存储器4中读出到spi接口的8位数据，prom_din位从SPI接口中，需要写入到flash存储器4中的数据，prom_cs为spi对flash操作的使能信号，prom__we为spi对flash的写使能信号，prom__rd为spi对flash的读使能信号，Prom_addr为spi初始化flash的地址。

mcu_dout为从flash存储器4中读出到片上微机系统MCU1的8位数据，mcu_din为从片上微机系统MCU1需要写入到flash存储器4中的数据，mcu_addr为片上微机系统MCU1对flash的操作地址，mcu_cs为片上微机系统MCU1对flash操作的使能信号，mcu_we为片上微机系统MCU1对flash的写使能信号，mcu_rd为片上微机系统MCU1对flash的读使能信号。

Flash_dout为从flash存储器4读出的相应的8位数据；flash_din为SOC系统需要写入到flash存储器4的数据，当spi_flash_en为高电平时，该总线的值来自于prom_din，否则，来自于mcu_din；flash_cs为SOC系统对flash存储器4的使能控制信号，当prom_flash_en为高电平时，该总线的值来自于prom_cs，否则，来自于mcu_cs；flash_wr为SOC系统对flash存储器4的写使能控制信号，当spi_flash_en为高电平时，该总线的值来自于prom_we，否则，来自于mcu_we；flash_rd为SOC系统对flash存储器4的读使能控制信号，当spi_flash_en为高电平时，该总线的值来自于prom_rd，否则，来自于mcu_rd。flash_addr为对flash存储空间的操作地址，当spi_flash_en为高电平时，该总线的值来自于prom_addr，否则，来自于mcu_addr。

请参阅图6，图中示出了本发明之一的电表SOC系统中的flash控制模块32，来自于模式选择模块31的使能控制信号和寄存器flash_con33共同控制着flash接口的工作。

当flash_cs和flash_rd有效时(低电平有效)，为对flash的读操作，对flash memory的输出flash_ce和flash_oe有效，在一定时刻后，从flash中读出flash_addr地址所对应的数据从flash_data_out中输出。

当flash_ce和flash_wr有效时(低电平有效)，根据寄存器flash_con33中的值不同，分别有不同的操作和输出。

当flash_con＝01H时，为对flash编程操作。

当flash_con＝02H时，为对flash进行block(块)擦除的操作。

当flash_con＝03H时，为对flash进行sector(页)擦除的操作。

当flash_con＝04H时，为对flash进行整片擦除的操作。

图6所示中的状态机根据操作的不同，产生符合要求的读写和总线时序。

请参阅图7和图8，本发明之二的一种电表SOC系统的初始化方法，它包括MCU初始化方法和SPI初始化方法，其中：

MCU初始化方法在MCU操作模式下进行，系统中集成一个2K的、用于存放启动程序、在线调试程序和在线编程程序的ROM，在该模式下，只需要两根硬件连线，即运行状态输出/调试双向引脚esd和双向数据引脚edat，把flash存储器当作外部数据存储器EXRAM，使用MOVX指令对每个存储单元进行操作。系统上电后，电表SOC系统首先运行启动程序，若此时运行状态输出/调试双向引脚esd拉低，系统进入ISP程序，此时，程序运行2K的ROM中的程序，接收开漏的双向数据引脚edat中的串行数据，每次接收8bits数据，接收到的数据用于外部与MCU的通讯，以作为初始化flash存储器的地址和数据；否则，系统进入用户程序。

SPI初始化方法在SPI操作模式下进行，此时，只有串行外设接口SPI、flash接口电路和flash存储器工作，电表SOC系统看作是一个带接口的普通的flash芯片，在对flash存储器的操作改变时，需要先对寄存器flash_con进行初始化。当传输的地址为{FFFF}时，表示写寄存器flash_con。

下面将进一步对该两种初始化方法进行说明，MCU初始化方法中，MCU对flash的操作控制，可以方便的实现ISP(在系统编程)和IAP(在应用编程)，具体就是CPU一边运行一块memory中的程序，一边对另外的memory进行擦除、读写或校验等操作。flash存储器作为系统的EXRAM，起始地址为0000H，通过MOVX指令和寄存器flash_con的设置，可以对flash进行一次一个字节的读出或编程操作，或对flash进行片擦除、页擦除或者块擦除操作，通过MOVX指令来访问片内程序存储空间。寄存器flash_con控制着flash接口的功能和操作。

当flash_con＝01H时，可以用movx写程序空间。

当flash_con＝02H时，可以通过movx对flash进行块擦除。

当flash_con＝03H时，可以用Movx指令对flash进行sector(页)擦除。

当flash_con＝04H时，可以通过Movx指令对flash进行整片擦除。

在MCU初始化方法中，对flash存储器的编程步骤为：

步骤S1，设置寄存器flash_con，为04H，即可以通过MOVX指令对flash存储器进行整片擦除；

步骤S2，使用MOVX指令，产生一个写操作，flash接口电路由此产生对flash存储器的片擦除命令；

步骤S3，设置寄存器flash_con，为01H，即可以用MOVX写程序空间；

步骤S4，使用MOVX指令向flash存储器中任何一个位置写入数据字节；

步骤S5，使用MOVX指令在要求的字节位置写入数据字节，反复重复直至完成；

步骤S6，清除寄存器flash_con中的值，设置flash存储其为只读即默认值。

采用该串行通讯口进行数据交换时，速度可以为SOC的系统时钟，比SPI等串行传输的速度要快，从而可以提高flash初始化的效率。

SPI初始化方法中，SPI外设除了用作一般的串行通讯外，还同时可以用作对flash的编程的工作。在spi_flasn_en引脚为高的情况下，可以通过SPI的使能引脚CSB来使能SOC中的SPI使得其开始工作，SPI作为从机端接收外部的数据，来对flash进行擦除、读写或校验的工作。

在该模式下，CPU是停止运行的，只有SPI、flash接口和flash在工作，SOC可以看作是一个带接口的普通的flash芯片。

在对flash的操作改变时，需要先对寄存器flash_con进行初始化。当传输的地址为{FFFF}时，表示写寄存器flash_con。对于寄存器flash_con中各取值时对应的操作如下：

操作	赋值
		Chip erase	03
Byte program	00
		Byte read	01
连续program	10
		连续read	11

在byte program and byte read模式下，SPI的传输数据依次为地址的高位、地址的地位和数据，如下图所示。

在连续program的模式下，spi传输的数据一次为地址的高位(ADDRH)、地址的地位(ADDRL)和需要连续写入到flash的数据，SPI控制逻辑会把数据写入到接收到的起始地址为{ADDRH，ADDRL}的存储空间中。

在连续read的模式下，SPI传输的数据依次为地址的高位(ADDRH)、地址的地位(ADDRL)和需要连续从flash中读出的数据传输到主机，SPI控制逻辑会把起始地址为{ADDRH，ADDRL}的存储空间中的数据依次读出并传输出去。本发明中的flash采用华虹NEC的EF250 flash工艺，在对flash进行操作时，其数据总线和地址总线上面输入的命令如上表所示。

在该模式下工作时，传输和接收的数据均为8bits，使用传输寄存器和接收寄存器的低8位。

在不同操作时，SPI的传输内容不同，分别介绍如下。

Flash byte program。SPI连续介绍到地址的高位ADDRH，低位ADDRL和需要写入到flash中的数据DATA后，即可产生一个需要写flash的写使能信号prom_wr(低有效)和prom_cs(低有效)，并且把需要写的地址和数据保存在SPI接口中相应的地址和数据寄存器中，作为prom_addr和prom_din输出。

Flash read。SPI连续介绍到地址的高位ADDRH，低位ADDRL和需要写入到flash中的数据DATA后，即可产生一个需要写flash的读使能信号prom_rd(低有效)和prom_cs(低有效)，并且把需要写的地址和数据保存到SPI接口中相应的地址和数据寄存器中，作为spi_addr和prom_din输出。

Flash chip erase。在SPI接收到flash_con的设置值为对chiperase的操作后，SPI接口即根据上标中chip erase操作的需要对flash产生相应的使能、地址总线和数据总线值。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种电表SOC系统，包括片上微机系统MCU和flash存储器，其特征在于，还包括一连接于片上微机系统MCU和flash存储器之间的flash接口电路以及与该flash接口电路相连的串行外设接口SPI，其中：

所述的flash接口电路实现对flash存储器的擦除、读写和校验操作，将需要保存的电能信息输入保存到flash存储器中，它作为flash存储器与片上微机系统MCU和串行外设接口SPI之间的接口；

所述的串行外设接口SPI实现电表SOC系统的SPI操作模式，当外部输入信号为高电平时，该串行外设接口SPI通过flash接口电路对flash存储器进行操作；

所述的片上微机系统MCU实现电表SOC系统的MCU操作模式，当外部输入信号为低电平时，该片上微机系统MCU通过flash接口电路对flash存储器进行操作。

2.根据权利要求1所述的电表SOC系统，其特征在于，所述的flash接口电路包括相连的模块选择模块以及flash控制模块，所述的flash控制模块包括有一寄存器flash_con。

3.根据权利要求1或2所述的电表SOC系统，其特征在于，

在所述的SPI操作模式时，flash存储器的读或写或擦除的使能信号通过所述的flash接口电路来自于所述的串行外设接口SPI，flash存储器的操作由该使能信号和寄存器flash_con共同控制；

在所述的MCU操作模式时，flash存储器的读或写或擦除的使能信号通过所述的flash接口电路来自于所述的片上微机系统MCU，flash存储器的操作由该使能信号和寄存器flash_con共同控制。

4.一种基于权利要求1的电表SOC系统的初始化方法，其特征在于，它包括MCU初始化方法和SPI初始化方法，其中：

MCU初始化方法在MCU操作模式下进行，系统中集成一个2K的、用于存放启动程序、在线调试程序和在线编程程序的ROM，在该模式下，只需要两根硬件连线，即运行状态输出/调试双向引脚esd和双向数据引脚edat，把flash存储器当作外部数据存储器EXRAM，使用MOVX指令对每个存储单元进行操作，系统上电后，电表SOC系统首先运行启动程序，若此时运行状态输出/调试双向引脚esd拉低，系统进入ISP程序，此时，程序运行2K的ROM中的程序，接收开漏的双向数据引脚edat中的串行数据，接收到的数据用于外部与MCU的通讯，以作为初始化flash存储器的地址和数据；否则，程序进入用户程序；

SPI初始化方法在SPI操作模式下进行，此时，只有串行外设接口SPI、flash接口电路和flash存储器工作，电表SOC系统看作是一个带接口的普通的flash芯片，在对flash存储器的操作改变时，需要先对寄存器flash_con进行初始化。当传输的地址为{FFFF}时，表示写寄存器flash_con。

5.根据权利要求4所述的电表SOC系统的初始化方法，其特征在于，所述的MCU初始化方法中，接收开漏的双向数据引脚edat中的串行数据时，每次接收8bits数据。

6.根据权利要求4所述的电表SOC系统的初始化方法，其特征在于，所述的MCU初始化方法中，flash存储器作为系统的EXRAM，起始地址为0000H，通过MOVX指令和寄存器flash_con的设置，可以对flash进行一次一个字节的读出或编程操作，或对flash进行片擦除、页擦除或者块擦除操作，通过MOVX指令来访问片内程序存储空间。

7.根据权利要求6所述的电表SOC系统的初始化方法，其特征在于，所述的MCU初始化方法中，对flash存储器的编程步骤为：

步骤S1，设置寄存器flash_con，为04H，即可以通过MOVX指令对flash存储器进行整片擦除；

步骤S2，使用MOVX指令，产生一个写操作，flash接口电路由此产生对flash存储器的片擦除命令；

步骤S3，设置寄存器flash_con，为01H，即可以用MOVX写程序空间；

步骤S4，使用MOVX指令向flash存储器中任何一个位置写入数据字节；

步骤S5，使用MOVX指令在要求的字节位置写入数据字节，反复重复直至完成；

步骤S6，清除寄存器flash_con中的值，设置flash存储其为只读即默认值。

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