KR20060087038A

KR20060087038A - 마이크로컨트롤러 시스템 및 그 롬 데이터 프로그램 방법

Info

Publication number: KR20060087038A
Application number: KR1020050007770A
Authority: KR
Inventors: 손만홍
Original assignee: 엘지전자 주식회사; 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2006-08-02

Abstract

본 발명은 I2C 버스를 이용하여 서브 MCU 시스템의 램에 프로그램 코드를 다운로드 가능하게 함으로써, 램(RAM)을 이용해 프로그램 롬(ROM)의 역할을 대신하게 하는 마이크로컨트롤러 시스템 및 그 롬 데이터 프로그램 방법에 관한 것으로, 시스템 전체의 동작을 원활히 수행할 수 있도록 제어하는 시스템 마스터(메인 MCU)와; 상기 시스템 마스터에서 필요한 프로그램 데이터 및 그 서브 시스템의 로컬 MCU에 필요한 프로그램 데이터를 저장하는 시스템 메모리와; 상기 시스템 마스터와 소정의 버스로 연결되어 시스템 부팅 시 상기 시스템 메모리에 저장된 서브 프로그램 데이터를 읽어와 내부 프로그램 가능 램 영역에 저장하는 로컬 MCU를 포함하여 구성하고, 시스템 마스터(메인 MCU)에서 시스템 부팅 시 시스템 메모리의 서브 롬 영역으로 점프하여, 그 서브 롬 영역에 저장되어 있는 로컬 MCU를 위한 서브 프로그램 데이터를 읽는 단계와; 상기 서브 프로그램 데이터를 소정의 버스 프로토콜을 통해 로컬 MCU 기반의 서브 시스템으로 전송하는 단계와; 상기 로컬 MCU에서 상기 서브 프로그램 데이터를 전송받아 내부적으로 정의된 프로그램 가능 램 영역으로 저장하는 단계를 포함하여 이루어짐으로써 달성할 수 있다.

Description

마이크로컨트롤러 시스템 및 그 롬 데이터 프로그램 방법{MICRO CONTROLLER AND ROM DATA PROGRAM METHOD THEREOF}

도 1은 종래의 롬 라이터를 이용한 롬의 프로그램 방법을 보인 제1실시예도.

도 2는 종래의 마스크 방식을 이용한 롬의 프로그램 방법을 보인 제2실시예도

도 3은 종래의 마스크 롬과 MCU를 단일 칩으로 구성할 경우의 롬 프로그램 방법을 보인 제3실시예도.

도 4는 종래의 플래시메모리를 이용한 롬의 프로그램 방법을 보인 제4실시예도.

도 5는 종래의 MCU 기반 시스템의 구성을 보인 블록도.

도 6은 도5에 있어서, 종래 MCU 시스템에서 롬에 저장된 프로그램 데이터의 리드 및 실행 방법을 보인 순서도.

도 7은 본 발명에 따른 I2C 기반 MCU 시스템의 구성을 보인 블록도.

도 8은 본 발명에 적용된 서브 시스템의 ROM 대신 프로그램 가능 RAM을 이용한 방식을 설명하기 위한 예시도.

도 9는 본 발명에 따른 I2C 기반 MCU 시스템에서의 프로그램 데이터 다운로드 과정을 설명하기 위한 예시도.

도 10은 본 발명에 따라 서브 프로그램 메모리의 전송을 위한 시스템 마스터에서의 어드레스 점프 과정을 설명하기 위한 예시도.

도 11은 본 발명에 따라 시스템 파워 온 시의 서브 프로그램 데이터의 저장 및 부팅 과정을 보인 순서도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 시스템 마스터 101 : 시스템 롬

102 : 로컬 MCU 101a : 서브 롬 영역

102a : 로컬 MCU의 프로그램 가능 램 영역

본 발명은 마이크로컨트롤러 시스템 및 그 롬 데이터 프로그램 방법에 관한 것으로, 특히 I2C 버스를 이용하여 서브 MCU 시스템의 램에 프로그램 코드를 다운로드 가능하게 함으로써, 램(RAM)을 이용해 프로그램 롬(ROM)의 역할을 대신하게 하는 마이크로컨트롤러 시스템 및 그 롬 데이터 프로그램 방법에 관한 것이다.

현재 사용되는 모든 전자 제품에 가장 기본적으로 내장되는 부품에는 마이크로컨트롤러(MCU)가 있다. MCU는 제품에서 마스터 역할을 하는 부품이지만 기본적으로 MCU가 어떤 동작을 수행해야 할 것인가에 대한 구체적인 내용(프로그램)이 기록된 롬(ROM)과 함께 연동되어야 올바른 기능을 수행할 수 있다.

현재 MCU 내부의 롬에 명령 코드(Instruction Code)를 다운로드 시키는 방법(프로그램 방법)은 크게 두 가지가 있는데, 그 중에서 가장 많이 사용되고 있는 방법은 롬에 직접 전기적인 방법(ROM Writer)을 사용하여 롬에 프로그램 하는 방식이 다.

도1은 종래의 롬 라이터를 이용한 롬의 프로그램 방법을 보인 제1실시예도로서, 주로 외부 롬을 사용하는 마이크로컨트롤러 시스템에서 이용하는 방식이다.

도1을 참조하면, 사용자 PC에서 작성된 롬 코드(프로그램 코드)를 롬 라이터를 이용하여 롬마다 기록해야 하기 때문에, 프로그램 할 롬의 개수가 많을 경우 그 시간에 비례하여 프로그램 시간도 증가하게 되는 문제점이 있다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 나온 방법으로서, 도2에 도시된 바와 같이 롬을 제작할 때 제조 공정에서 롬 코드(프로그램 코드)를 직접 마스크(Mask)하여 사용하는 방식이 있다. 최근 많은 시스템에서는 회로 구성을 간단히 하고 제조 비용을 절감하기 위하여, 도3에 도시된 바와 같이 마스크 롬과 MCU를 단일 칩으로 구성하는 방법이 있다.

그러나, 일반적으로 롬 코드는 개발 초기에 제작되어 수정 및 업그레이드 과정을 반복하여 최적의 롬 코드(프로그램 코드)를 생성하게 되는데, 응용 제품에 따라 롬 코드를 약간씩 수정하는 것이 일반적이나, 상기 도2 및 도3에 도시된 바와 같이 롬 코드를 마스크 방식으로 제작하게 될 경우, 롬 코드의 수정이 발생할 때마다 제조 회사는 마스크를 변경해야 하기 때문에, 마스크 비용을 추가로 지불해야 하며 롬 코드의 변경에 대해 유연성이 떨어진다는 문제점이 있다.

따라서, 상기 도2 및 도3에서와 같은 롬 코드의 유연성을 보완하기 위한 방법으로, 도4에 도시된 바와 같이 롬을 플래시메모리로 대체한 방식이 개발되었다. 즉, 제품 개발 초기에 롬 코드가 완료되었을 경우, 제조 공정에서 롬 코드를 롬에 프로그램 하여 시스템에 장착한 후, 업그레이드 버전의 롬 코드가 새로 작성되었을 경우, 새로운 마스크 롬을 제조할 필요가 없이 그 새로운 롬 코드를 플래시메모리에 프로그램 하여 사용하는 방법이다.

그러나, 이 방법은 플래시메모리를 롬의 대체용으로 사용하였기 때문에, 플래시메모리의 제조 공정과 일반 로직 공정이 동시에 지원되는 제조 회사에서만 칩을 생산할 수 있다는 단점이 있고, 또한 플래시메모리 공정의 제조 비용이 일반 CMOS 로직 공정에 비해 훨씬 높다는 단점이 있다. 따라서, 제조 공정 비용의 증가로 인해 제품의 비용도 증가하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, I2C 버스를 이용하여 서브 MCU 시스템의 램에 프로그램 코드를 다운로드 가능하게 함으로써, 램(RAM)을 이용해 프로그램 롬(ROM)의 역할을 대신하게 하는 마이크로컨트롤러 시스템 및 그 롬 데이터 프로그램 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 시스템 전체의 동작을 원활히 수행할 수 있도록 제어하는 시스템 마스터(메인 MCU)와; 상기 시스템 마스터에서 필요한 프로그램 데이터 및 그 서브 시스템의 로컬 MCU에 필요한 프로그램 데이터를 저장하는 시스템 메모리와; 상기 시스템 마스터와 소정의 버스로 연결되어 시스템 부팅 시 상기 시스템 메모리에 저장된 서브 프로그램 데이터를 읽어와 내부 프로그램 가능 램 영역에 저장하는 로컬 MCU를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 시스템 마스터(메인 MCU)에서 시스템 부팅 시 시스템 메모리의 서브 롬 영역으로 점프하여, 그 서브 롬 영역에 저장되어 있는 로컬 MCU를 위한 서브 프로그램 데이터를 읽는 단계와; 상기 서브 프로그램 데이터를 소정의 버스 프로토콜을 통해 로컬 MCU 기반의 서브 시스템으로 전송하는 단계와; 상기 로컬 MCU에서 상기 서브 프로그램 데이터를 전송받아 내부적으로 정의된 프로그램 가능 램 영역으로 저장하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명은 기존의 롬 프로그램 방법에서 롬 코드를 변경할 수 없던 문제점을 해결하는 것으로, 시스템에 따라 프로그램 코드를 변경 가능하게 하여, 시스템이 완료된 후 새롭게 프로그램 코드가 수정되었을 경우, 시스템의 변경없이 프로그램 코드의 업데이트를 가능하게 하는 특징이 있다.

또한, 본 발명은 메인 MCU 시스템과 서브 MCU 시스템 사이의 프로그램 혹은 데이터를 전송함에 있어서, 기본적으로 3개의 신호 그룹(Address Group, Data Group, Control Group)과 같이 많은 인터페이스 신호를 필요로 하던 것을 단 2개의 신호(SCL, SDL)로 대체하여 상호 인터페이스 신호의 수를 감소시키는 특징이 있다.

또한, 기존 MCU 기반 시스템서는 프로그램 코드 영역과 데이터 코드 영역이 기본적으로 정의되어 있어 이를 변경하는 것이 원칙적으로 불가능하였으나, 본 발명에서는 필요에 따라 프로그램 코드 영역과 데이터 코드 영역을 변경 가능할 수 있도록 하는 특징이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하 기로 한다.

우선, 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.

또한, 하기의 설명에서 구체적인 처리흐름과 같은 많은 특정 상세들은 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으며, 이들 특정 상세들 없이 본 발명이 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

그리고, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도5는 종래의 MCU 기반 시스템의 구성을 보인 블록도로서, 일반적으로 MCU 기반 시스템에서는 도5에 도시된 바와 같이 각 MCU(메인 MCU, 로컬 MCU 등)에서 필요한 프로그램 데이터를 가지고 있기 때문에, 각각의 MCU에서는 도6에 도시된 바와 같이 파워 온이 이루어지면, 각각 롬에 저장된 프로그램 데이터를 읽어 롬 코드의 명령어에 따라서 특정 기능을 수행한 후, 다음 롬 코드를 읽던가 상기 명령어 수행 과정에서 발생된 데이터를 램 영역에 저장하는 동작을 수행하게 된다.

그러나, MCU가 하나가 아닌 다중 MCU 기반 시스템에서는 프로그램 데이터가 하나가 아닌 여러 개의 롬으로 구성될 수밖에 없다.

상기와 같은 다중 MCU 기반 시스템에서 특정 MCU에서 사용되는 프로그램 롬 코드가 수정될 필요가 있거나, 새로운 기능을 추가하기 위하여 롬 코드가 변경될 경우, 이를 변경하기 위해서는 새로운 시스템을 제작하거나 또는 롬 코드를 수정하여 기존 시스템에서 롬 부분을 대체하여야 한다.

그러나, 최근에는 반도체 공정기술의 발달로 인해 MCU를 내장한 시스템 온 칩이 많이 사용되는데, 프로그램 데이터가 마스크 롬의 형태로 제작될 경우, 프로그램 데이터의 수정을 위해서는 칩을 새롭게 제작해야 하는 문제점이 발생한다.

도7은 본 발명에 따른 I2C 기반 MCU 시스템의 구성을 보인 블록도로서, 도5에 도시된 종래의 MCU 기반 시스템의 차이점은, 첫째, '로컬 롬 데이터 영역(Local ROM Data Area)'을 '로컬 프로그램 가능 램 영역(Local Programmable RAM Area)'으로 변경하여 시스템의 유연성(System Flexibility)을 향상시키는 특징이 있으며, 둘째, 메인 MCU와 로컬 MCU 사이의 인터페이스가 3 그룹(Address, Control, Data Signal Group)에서 I2C의 기본 신호인 SCL(Serial Clock Line)과 SDL(Serial Data Line)의 2 그룹으로 감소되어 시스템의 구성을 간단히 하는 특징이 있다.

즉, 본 발명은 도8에 도시된 바와 같이 서브 시스템의 ROM을 프로그램이 가능한 램(RAM) 타입으로 변경하는 방식으로서, 롬은 파워 오프 시에도 데이터가 유지되지만, 램은 데이터가 유지되지 않는다는 단점이 있기 때문에, 이를 보완하기 위하여 본 발명에서는 I2C 신호를 이용하여 파워 온 시 새로운 프로그램 데이터를 램 영역에 복사하는 방법을 사용함으로써, 시스템에 따라 프로그램 데이터가 수정되어도 시스템의 변경없이 언제든지 새로운 프로그램 데이터를 새로운 시스템에 적용이 가능하도록 하는 것이다.

참고로, I2C 버스 프로토콜은 CPU와 I2C의 칩에 직접 접속되어 CPU와 데이터 를 주고받는다. 물론, CPU와 칩과의 데이터 전송은 시리얼 방식이라는 것은 같지만, 이것은 상대하는 칩이 CPU와 직접 접속되어 있다는 것이 다르다.

예컨대, 보통 가장 많이 사용하는 것이 EEPROM 메모리에 대표적으로 사용하는데, 이것은 CPU와 EEPROM 사이에 직접 I2C라인이 연결되어 MCU의 포트를 사용하여 액세스가 되는 것으로, MCU의 포트에서 I2C가 정해진 타이밍 차트에 따라 신호를 전자적으로 집적 만들어 액세스가 되는 것이다.

상기 I2C 버스의 동작 모드는 스탠더드 모드(데이터 전송률 : 100K bits/sec and 7-bit Addressing)와, 고속 모드(데이터 전송률 : 400K bits/sec and 10-bit addressing)와, 초고속 모드(데이터 전송률 : 3.4M bits/sec and 10-bit addressing)의 3가지 모드가 있다.

따라서, 롬 코드가 수M bits 일지라도 사용자 입장에서는 다운로드 시간을 전혀 감지하지 못할 정도로 빠른 시간 이내에 이루어지며, 서브 시스템에서 필요로 하는 프로그램 데이터의 크기는 수M bits 이기 때문에, I2C의 초고속 모드를 사용하여도 큰 무리는 없는 것이다.

도9는 본 발명에 따른 I2C 기반 MCU 시스템에서의 프로그램 데이터 다운로드 과정을 설명하기 위한 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 모든 시스템에 기본적으로 필요한 시스템 마스터(MCU or CPU)(100)와; 그 시스템 마스터에서 필요한 내용을 담고 있는 시스템 롬(101)과; 프로그램 가능 램 영역을 구비하고, 상기 시스템 마스터와 I2C 버스로 연결된 시스템 온 칩 타입의 로컬 MCU(102)로 구성되어 있다.

이때, 상기 로컬 MCU(102)는 시스템에 따라 더 많은 MCU를 구비할 수 있으 며, 각 MCU는 롬 대신 램 영역에 프로그램 데이터를 저장하는데, 램의 특성상 파워 오프 시 데이터가 지워지므로, 파워 온 시 프로그램 데이터가 저장된 시스템 롬(101)에서 프로그램 데이터를 읽어 각 MCU의 램 영역(102a)에 저장하도록 한다.

즉, 상기 시스템 롬(101)의 일부 영역을 서브 롬 영역(101a)으로 할당하고, 서브 MCU 시스템에서 필요한 프로그램 데이터를 저장하여 두는 것이다.

이하, 상기와 같이 구성된 시스템의 파워 온 시 동작 과정을 첨부된 도10과 도11을 참조하여 설명한다.

즉, 파워 온을 실시하여 시스템을 부팅할 경우, 시스템 마스터(100)는 도10에 도시된 바와 같이 서브 롬 영역의 처음 번지로 점프한 후, 서브 롬 영역(101a)에 저장되어 있는 서브 프로그램 데이터를 읽은 후, 이를 다시 I2C 버스 프로토콜을 이용하여 MCU 서브 시스템(102)에 기록하면, MCU 서브 시스템에서는 이 데이터를 내부적으로 정의된 프로그램 가능 램 영역(102a)으로 시스템 마스터(100)로부터 기록된 데이터를 저장한다.

상기 서브 롬 영역(101a)에 저장된 모든 데이터가 모두 전송 완료되면, 시스템 마스터는 MCU 서브 시스템 내부의 특정 레지스터의 일부인 소프트웨어 리셋 비트(SW Reset Bit)를 활성화(Active) 한다.

이에 따라, MCU 서브 시스템은 내부 프로그램 어드레스를 프로그램 가능 램(102a)의 특정 번지로 세팅한 다음, 그 프로그램 가능 램 영역에 저장된 프로그램을 읽어 실행한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 마이크로컨트롤러 시스템 및 그 롬 데이터 프로그램 방법은 I2C 버스를 이용하여 서브 MCU 시스템의 램에 프로그램 코드를 다운로드 가능하게 함으로써, 램(RAM)을 이용해 프로그램 롬(ROM)의 역할을 대신하게 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 프로그램 코드 영역을 데이터 코드 영역과 같이 사용하므로, MCU 기반 시스템에서 사용자에게 시스템을 언제든지 업데이트 가능하도록 하는 유연성을 높이는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 MCU 기반 시스템을 제작할 경우, 코드 작성과 시스템 제작을 각각 독립적으로 진행할 수 있을 뿐만 아니라, 시스템이 제작 완료된 후 언제든지 코드를 수정 가능한 분야에 적용 가능하여 전체적인 시스템 안정성에 유용한 효과를 볼 수 있다.

Claims

시스템 전체의 동작을 원활히 수행할 수 있도록 제어하는 시스템 마스터(메인 MCU)와;

상기 시스템 마스터에서 필요한 프로그램 데이터 및 그 서브 시스템의 로컬 MCU에 필요한 프로그램 데이터를 저장하는 시스템 메모리와;

상기 시스템 마스터와 소정의 버스로 연결되어 시스템 부팅 시 상기 시스템 메모리에 저장된 서브 프로그램 데이터를 읽어와 내부 프로그램 가능 램 영역에 저장하는 로컬 MCU를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 마이크로컨트롤러 시스템.
제1항에 있어서, 상기 시스템 마스터와 로컬 MCU는 I2C 버스로 연결하는 것을 특징으로 하는 마이크로컨트롤러 시스템.
제1항에 있어서, 상기 로컬 MCU는 시스템에 따라 더 많은 MCU를 구비하고, 각 MCU에 필요한 서브 프로그램 데이터를 시스템 메모리의 소정 영역에 저장하도록 구성한 것을 특징으로 하는 마이크로컨트롤러 시스템.
제1항에 있어서, 상기 시스템 메모리는 그 일부 영역을 서브 롬 영역으로 할당하여, 로컬 MCU에 필요한 서브 프로그램 데이터를 저장하는 것을 특징으로 하는 마이크로컨트롤러 시스템.
제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 시스템 마스터는 시스템 부팅 시 서브 롬 영역의 처음 번지로 점프한 후, 그 서브 롬 영역에 저장되어 있는 서브 프로그램 데이터를 읽어 I2C 버스를 통해 로컬 MCU에 전송하도록 구성한 것을 특징으로 하는 마이크로컨트롤러 시스템.
제1항에 있어서, 상기 로컬 MCU는 시스템 부팅 시 시스템 마스터에서 전송한 프로그램 데이터를 내부적으로 정의된 프로그램 가능 램 영역으로 저장하도록 구성한 것을 특징으로 하는 마이크로컨트롤러 시스템.
시스템 마스터(메인 MCU)에서 시스템 부팅 시 시스템 메모리의 서브 롬 영역으로 점프하여, 그 서브 롬 영역에 저장되어 있는 로컬 MCU를 위한 서브 프로그램 데이터를 읽는 단계와;

상기 서브 프로그램 데이터를 소정의 버스 프로토콜을 통해 로컬 MCU 기반의 서브 시스템으로 전송하는 단계와;

상기 로컬 MCU에서 상기 서브 프로그램 데이터를 전송받아 내부적으로 정의된 프로그램 가능 램 영역으로 저장하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로컨트롤러 시스템의 롬 데이터 프로그램 방법.
제7항에 있어서, 상기 로컬 MCU 시스템의 램 영역으로 서브 프로그램 데이터 의 전송이 완료될 경우, 상기 시스템 마스터에서 로컬 MCU 시스템 내부의 소프트웨어 리셋 비트(SW Reset Bit)를 활성화(Active) 하는 단계와; 상기 리셋 비트 활성화에 따라, 로컬 MCU 시스템은 내부 프로그램 어드레스를 프로그램 가능 램 영역으로 설정하여, 그 램 영역에 저장된 프로그램을 읽어 실행하는 단계를 더 포함하여, 로컬 MCU 시스템이 구동될 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로컨트롤러 시스템의 롬 데이터 프로그램 방법.
제7항에 있어서, 상기 메인 MCU에서 로컬 MCU로 전송하는 서브 프로그램 데이터는 I2C 버스 프로토콜을 이용하여 전송하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로컨트롤러 시스템의 롬 데이터 프로그램 방법.