Bity blokujące i bezpieczniki konfiguracji w mikrokontrolerach AVR.pdf

P O D Z E S P O Ł Y

Bity blokujące i bezpieczniki

konfiguracji w mikrokontrolerach A

konfiguracji w mikrokontrolerach A VR

V VR

Wprowadzenie

Nowoczesne mikrokontrolery

oferuj¹ wiele opcji, ktÛre usta-

wiane s¹ w†zaleønoúci od

potrzeb konkretnej aplika-

cji. Umoøliwia to produ-

centom wytwarzanie jed-

nego mikrokontrolera

o†nazwie np. ATMe-

ga103 maj¹cego moøli-

woúÊ pracy zarÛwno

z†generatorem zegaro-

wym w†postaci zewnÍt-

rznych elementÛw RC

ustalaj¹cych czÍstotli-

woúÊ jego pracy, jak

i†wewnÍtrznych, nie wyklu-

czaj¹c rÛwnieø moøliwoúci

zastosowania oscylatora kwarco-

wego. Jest to sytuacja diametral-

nie inna od tej spotykanej

w†przesz³oúci, gdy dla przyk³adu

niektÛre mikrokontrolery wyposa-

øone by³y w†uk³ad watchdog

ustawiany albo programowo, albo

dzia³aj¹cy bez wzglÍdu na to, czy

by³ potrzebny, czy teø nie

i†wrÍcz przeszkadza³ w†popra-

wnym funkcjonowaniu aplikacji.

Czasami takie mikrokontrolery

rÛøni³y siÍ tylko obecnoúci¹ lub

brakiem pewnej literki w†nazwie

wyrobu i†nie maj¹c úwiadomoúci

tego, co siÍ kupuje, moøna by³o

zap³aciÊ za rzecz, ktÛrej zupe³nie

Jaka jest rÛønica pomiÍdzy

tzw. lock bit (bit zamykaj¹cy,

blokuj¹cy dostÍp) a†fuse

(bezpiecznikiem)? Jakie s¹

konsekwencje ich ustawiania

czy teø kasowania? Czym

rÛøni¹ siÍ miÍdzy sob¹ i†czy

ich ustawienia s¹ odwracalne?

W†artykule postaram siÍ

odpowiedzieÊ na takie pytania.

MyúlÍ, øe ta wiedza bardzo

przyda siÍ zw³aszcza

stawiaj¹cym pierwsze kroki

w†dziedzinie mikrokontrolerÛw

i†pos³uøy lepszemu

zrozumieniu podstawowych

zasad korzystania z†dostÍpnych

zabezpieczeÒ.

Tab. 1. Możliwe nastawy bitów

blokujących oraz konsekwencje ich

ustawienia

Stan bitów Rodzaj włączonego

blokujących zabezpieczenia

Tryb LB1 LB2

(Mode)

1 1 1 Niezaprogramowane,

zabezpieczenie wyłączone

2 0 1 Zapis programu zabroniony,

odczyt jest dozwolony

3 0 0 Zapis i odczyt programu

są zabronione

nie dawa³o siÍ uøyÊ. MoøliwoúÊ

konfiguracji mikrokontrolera jest

wiÍc wygodna zarÛwno dla pro-

ducenta, jak i†dla konstruktorÛw.

W†niektÛrych modelach mikro-

kontrolerÛw zasadnicza rÛønica

pomiÍdzy lock bit a† fuse czÍsto

Tab. 2. Dostępność bezpieczników w trybach programowania

Mikrokontroler

RCEN SPIEN RSTDISBL FSTRT BODEN BODLEVEL CKSEL EESAVE SUT BOOTRST BOOTSZ INTCAP

n..0

AT90S1200

−

AT90S2313

−

AT90S/LS2323

−

R/S

−

AT90S/LS2343

−

AT90S/LS2333

R/S

−

R/S R/S R/S

−

AT90S/LS4433

−

R/S R/S R/S

−

AT90S8515

−

AT90S/LS8535

−

R/S

−

ATtiny11

−

H/S H/S

−

ATtiny12

−

H/S 1

H/S 2

−

H/S H/S H/S

−

ATtiny15

−

H/S 1

H/S 2

−

H/S H/S H/S

−

ATtiny28

−

ATmega103

−

R/S R/S

−

ATmega161

−

P/S P/S P/S

−

R/S

−

ATmega163

−

P/S P/S P/S

−

R/S

−

R − programator równoległy, S − programator szeregowy (również programowanie in−system ),

H − programowanie w trybie High Voltage Serial Programming (HVSP)

1 Bezpiecznik jest dostępny w trybie programowania przez SPI, jednak jego wyzerowanie spowoduje, że dostęp w trybie programowania przez SPI nie będzie

możliwy.

2 Bezpiecznik jest dostępny w trybie programowania przez SPI, jednak jego ustawienie spowoduje, że dostęp w trybie programowania przez SPI nie będzie

możliwy.

Elektronika Praktyczna 9/2002

Bity blokujące i bezpieczniki

konfiguracji w mikrokontrolerach A

P O D Z E S P O Ł Y

Tab. 3. Funkcje bezpieczników

Nazwa

Opis funkcji

bezpiecznika

RCEN RC Oscillator Enable

Poprzez ustawienie tego bezpiecznika wewnętrzny oscylator RC może być włączony

jako główny zegar mikrokontrolera. Niektóre AVR są dostarczane z tym bezpiecznikiem

ustawionym, inne nie. Dlatego też należy zawsze sprawdzać domyślny stan tego

bezpiecznika w odpowiedniej karcie katalogowej albo też ustawiać go tuż po zakupie.

SPIEN Serial Programming Interface Enable

Ustawienie bezpiecznika umożliwia programowanie układu poprzez interfejs SPI. Jeśli

bezpiecznik jest skasowany, interfejs SPI nie funkcjonuje i nie jest możliwe programo−

wanie układu „in−system”.

RSTDISBL Reset Disable

Ustawienie powoduje zmianę funkcji wyprowadzenia RESET. W niektórych AVR

wyprowadzenie RESET zmieniane jest w typową linię wejścia / wyjścia odpowiedniego

portu, w innych w linię tylko wyjściową. Szczegóły zawsze podane są w odpowiedniej

karcie katalogowej.

FSTRT Fast Start

Bezpiecznik kontroluje czas, po jakim startuje CPU mikrokontrolera od momentu startu

oscylatora. Jeśli używany jest rezonator ceramiczny lub szybko uruchamiany zewnęt−

rzny generator zegarowy, można ustawić ten bit. Umożliwi to CPU szybsze uruchomie−

nie programu.

BODEN Brown−Out Detection Enable

Poprzez ustawienie zezwala się na pracę wewnętrznego układu kontroli napięcia

zasilania. Jeśli napięcie nie mieści się w granicach określonych jako właściwe dla

poprawnej pracy układu, generowany jest wewnętrzny sygnał reset .

BODLEVEL Brown−Out Detection Level

Bezpiecznik ten zmienia napięcie zadziałania układu kontroli napięcia zasilania oraz

czas startu CPU. Oba te parametry są zależne od typu układu − szczegółów dotyczących

działania należy szukać w danych katalogowych konkretnego mikrokontrolera.

CKSEL n..0 Clock Select

Stan bezpieczników CKSEL kontroluje ustawienia rodzaju oscylatora, a w niektórych

AVR również czas startu CPU. Rolę tych bezpieczników dla danego modelu mikrokont−

rolera opisuje jego karta katalogowa.

EESAVE EEprom Save

Ustawienie bezpiecznika powoduje, że zawartość pamięci EEPROM nie jest kasowana

w momencie programowania układu. W przypadku ustawienia tego bezpiecznika, aby

skasować EEPROM, konieczne jest jego wyzerowanie.

SUT n..0 Start−Up Time

Stan bezpiecznika umożliwia nastawę opóźnienia pomiędzy zanikiem zewnętrznego

sygnału reset a załączeniem CPU mikrokontrolera. Ten czas może być wybrany

w zależności np. od rodzaju użytego generatora zegarowego. Jeśli dla przykładu

używany jest zewnętrzny generator zegarowy, który uruchamia się bardzo szybko −

czas ten może być bardzo krótki. Gdy natomiast stosuje się rezonator kwarcowy −

wymagany jest dłuższy czas na stabilizację generowanej częstotliwości.

BOOTRST Boot Reset

Ustawienie bezpiecznika decyduje, pod który adres wykona skok CPU mikrokontrolera

po sygnale reset − czy wykona skok do fragmentu kodu umieszczonego w tablicy

wektorów przerwań jako wektor 0, czy też do umieszczonego w obszarze tak zwanego

Boot Loadera. Stan logiczny wysoki powoduje umieszczenie wektora przerwania po

reset w obszarze sekcji Boot Loadera: będzie on wskazywał adres zależny od stanu

BOOTSZ.

Niektóre z mikrokontrolerów AVR mają możliwość umieszczenia wektora przerwania

po reset zarówno w obszarze Boot Loadera, jak również pamięci aplikacji. Lokalizacja

tego wektora zależna jest od stanu bitu IVSEL w rejestrze GICR.

BOOTSZ n..0 Boot Size

Stan bezpieczników określa rozmiar i adres startowy bloku Boot Loadera. Sekcja Boot

jest dostępna tylko i wyłącznie w mikrokontrolerach AVR, które mają w swojej liście

rozkazów instrukcję SPM.

Fot. 1

polega na zupe³nie odmiennym

wykonaniu. Na przyk³ad bezpiecz-

niki ( fuse ) s¹ wykonywane jako

mikropo³¹czenia w†strukturze

uk³adu scalonego ( fot. 1 ) albo teø

do struktury uk³adu scalonego

i†fizycznie uszkadzane przy po-

mocy pr¹du elektrycznego w†cza-

sie programowania. Takie przepa-

lone po³¹czenie juø nie daje siÍ

odtworzyÊ - uk³ad nie nadaje siÍ

do ponownej zmiany danej nasta-

wy czy teø zmiany zawartoúci pa-

miÍci programu.

Inaczej jest z†bitami blokuj¹cymi

( lock bits ). Ich ustawianie czy teø

kasowanie przypomina w³¹czanie

i†wy³¹czanie opcji w†programie -

aplikacji. Wykonane s¹ one naj-

czÍúciej w†technologii EEPROM,

moøliwa jest wiÍc modyfikacja

ich stanu. A†jak to jest w†przy-

padku mikrokontrolerÛw z†rodzi-

ny AVR?

Mikrokontrolery AVR

Kaødy mikrokontroler z†tej ro-

dziny posiada dwie grupy usta-

wianych bitÛw. S¹ to bity bloku-

j¹ce i†bezpieczniki. Nazwa bez-

piecznik jest w†przypadku AVR

bardzo myl¹ca, poniewaø usta-

wienie bezpiecznika jest odwra-

calne. Daje siÍ nim manipulowaÊ

podobnie jak nastawami bitÛw

blokuj¹cych.

W†momencie zakupu uk³adu od

producenta zarÛwno bezpieczni-

ki, jak i†bity blokuj¹ce znajduj¹

siÍ w†stanie logicznym wysokim

(1). Programowanie ich polega na

zmianie stanu z†wysokiego na

niski (0). ZarÛwno jedna, jak

i†druga grupa opcji nie jest

umieszczona w†normalnie dostÍp-

nym obszarze pamiÍci EEPROM

czy teø Flash. Mog¹ one byÊ jed-

nak ustawiane z†poziomu aplika-

cji, za wyj¹tkiem bitÛw odpowia-

INTCAP

Internal Capacitors

Gdy INTCAP jest ustawiony, nie jest konieczne stosowanie zewnętrznych kondensato−

rów dołączanych do rezonatora kwarcowego. Obniża to koszt systemu i upraszcza

płytkę drukowaną.

daj¹cych za w³¹czenie opcji tzw.

Boot Loader w†mikroprocesorach,

gdzie jest moøliwe ìsamoprogra-

mowanieî. Jednak dla praktycz-

nych zastosowaÒ najwiÍksze zna-

czenie bÍdzie mia³o to, øe nasta-

wy bitÛw blokuj¹cych i†bezpiecz-

nikÛw mog¹ byÊ zmieniane

w†czasie programowania, przy

pomocy programatora szeregowe-

go albo rÛwnoleg³ego. Ten drugi

oferuje jednak dostÍp do wiÍk-

szej liczby nastaw.

Bity blokuj¹ce lock bits

Wszystkie mikrokontrolery

AVR posiadaj¹ dwa bity bloku-

j¹ce o†nazwie LB1 i†LB2. Zmia-

Elektronika Praktyczna 9/2002

P O D Z E S P O Ł Y

na stanu tych bitÛw powoduje

zabezpieczenie zawartoúci pa-

miÍci EEPROM i†Flash. Zabez-

pieczenie podzielone jest na trzy

poziomy (Mode 1...3), gdzie po-

ziom 1†wy³¹cza zabezpieczenia,

natomiast poziom 3†oferuje mak-

symalny jego stopieÒ dla danego

modelu. Moøliwa jest zmiana

poziomu zabezpieczenia poprzez

zmianÍ stanÛw lock bits . I†tu

jedna bardzo waøna uwaga:

w†obrÍbie rodziny mikrokontrole-

rÛw AVR moøliwa jest wy³¹cznie

zmiana stanu bitu zabezpiecze-

nia z†wysokiego na niski, nigdy

zaú odwrotnie. Przejúcie na niø-

szy poziom zabezpieczenia za-

wsze wi¹øe siÍ ze skasowaniem

pamiÍci programu (Flash) uk³a-

du. W†ten prosty sposÛb moøli-

we jest zwiÍkszanie poziomu za-

bezpieczeÒ, nigdy zaú zmniejsza-

nie - wi¹øe siÍ to bowiem

z†utrat¹ danych.

Dodatkowo mikrokontrolery

AVR, maj¹ce moøliwoúÊ samopro-

gramowania, posiadaj¹ jeszcze

cztery dodatkowe bity zabezpie-

czeÒ BLB01, BLB02, BLB11

i†BLB12. Ich ustawienie/kasowa-

nie wi¹øe siÍ z†pewnymi restryk-

cjami dla instrukcji LPM ( Load

Program Memory ) i†SPM ( Store

Program Memory ), jednak w†przy-

padku specyficznych nastaw tych

bitÛw proszÍ odnieúÊ siÍ do kon-

kretnych kart katalogowych dane-

go modelu mikrokontrolera.

bezpiecznika bÍdzie odczuwalna

dopiero po wykonaniu przez mik-

rokontroler wewnÍtrznej procedu-

ry obs³ugi sygna³u reset genero-

wanego po w³¹czeniu zasilania

( power on reset ). Bardzo waøn¹

informacj¹ jest, øe po ustawieniu

bitÛw LB w†trybie 2 lub 3 nie jest

moøliwa zmiana stanu øadnego

z†bezpiecznikÛw, zabroniony jest

bowiem zapis do pamiÍci mikro-

kontrolera.

W† tab. 2 zawarto informacje

o†tym, jakie bezpieczniki i†bity

blokuj¹ce dostÍpne s¹ w†rÛønych

mikrokontrolerach z†rodziny AVR.

Informuje rÛwnieø, w†jakim trybie

programowania moøliwa jest

zmiana ich nastaw. Tab. 3 †podaje

natomiast, jaka jest rola ustawieÒ

poszczegÛlnych bezpiecznikÛw.

Jacek Bogusz, AVT

jacek.bogusz@ep.com.pl

Bezpieczniki fuses

Bity blokuj¹ce dostÍpne s¹ we

wszystkich trybach programowa-

nia. W†przypadku bezpiecznikÛw

jest inaczej. WiÍkszoúÊ z†nich jest

dostÍpna we wszystkich trybach

programowania, natomiast niektÛ-

re z†nich tylko w†wybranych.

RÛwnieø inaczej niø w†przypadku

lock bits , stan bezpiecznikÛw nie

ulega zmianie po instrukcji kaso-

wania uk³adu. Aby zmieniÊ stan

bezpiecznika, wymagane jest za-

programowanie logicznego stanu

wysokiego we w³aúciwej lokaliza-

cji pamiÍci. Taka zmiana stanu

Dodatkowe informacje

- http://www.avrfreaks.net/

- http://www.atmel.com/

Elektronika Praktyczna 9/2002

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: