1 引 言
單片機應(yīng)用系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單,可靠性高,靈活性強,性能價格比高等特點,如今已被廣泛地應(yīng)用于計算機行業(yè)的各個領(lǐng)域。隨著單片機應(yīng)用的推廣,相應(yīng)地帶來了單片機系統(tǒng)的維護問題,特別是在相同硬件結(jié)構(gòu)條件下多個版本軟件的管理問題,因此實現(xiàn)單片機系統(tǒng)的在線維護是非常必要的。
2 系統(tǒng)設(shè)計原理
單片機系統(tǒng)的在線維護有兩種情況,一種就是就將系統(tǒng)的程序分成兩個部分,并分別裝載到單片機的EPROM與FLASH中,如AT89C52等,因為EPROM一般需要通過專門的編程儀器才能實現(xiàn)編程,所以一般是不能在線更改的;但是由于FLASH可以在線進行改寫,通過對FLASH的在線編程就可實現(xiàn)單片機系統(tǒng)的在線維護了。此時的FLASH芯片也可以看成是一個擴展的程序存儲器。另一種情況就是具備程序加載功能的芯片,如TMS320VC33、TMS320F206等,它們在系統(tǒng)啟動時從FLASH中加載程序并執(zhí)行,此時只要動態(tài)維護FLASH中程序就可以實現(xiàn)對系統(tǒng)的維護了。
本文以ATMEL公司的AT89C52單片機為例,采用串行通信方式,對單片機系統(tǒng)在線維護的實現(xiàn)進行闡述。在系統(tǒng)中,程序按一定規(guī)則分別裝載在AT89C52以及FLASH中,在保持AT89C52中程序不變的情況下,根據(jù)系統(tǒng)的需求可以動態(tài)更新FLASH中的程序。AT89C52中的程序與FLASH中的程序有如下的結(jié)構(gòu)關(guān)系。
圖1 AT89C52與FLASH的程序結(jié)構(gòu)關(guān)系圖
上圖中,通常稱AT89C52中的程序為引導(dǎo)程序,F(xiàn)LASH中的程序稱為加載程序。引導(dǎo)程序應(yīng)該具有基本的功能,如初始化、系統(tǒng)的公用功能、中斷向量定義等,還要有加載程序的功能(具有串行通信的能力,并對FLASH芯片進行讀/寫操作)。維護時,將.BIN程序文件通過PC機串口發(fā)送給AT89C52,AT89C52接收數(shù)據(jù)并將其寫入到FLASH芯片中,這樣只要更新BIN程序文件就可以對單片機系統(tǒng)的軟件進行維護。
3 硬件結(jié)構(gòu)圖示與說明
硬件電路如圖2示。
圖2 AT89C52與SST29EE010的接口電路
圖2中SST29EE010的22引腳(信號)接地址線A15的反,這樣就可以在MCU產(chǎn)生8000H~0FFFFH尋址范圍時選通SST29EE010,相應(yīng)地對SST29EE010芯片的開鎖與關(guān)鎖寫操作的2AAAH、5555H地址值也要分別加上8000H(有關(guān)SST29EE010芯片的開鎖、關(guān)鎖控制,請參考《單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》2003年第8期P31-32)。
SST29EE010空間大小為128K字節(jié),而AT89C52的最大尋址空間為64K,本文不考慮擴展的問題,直接將高地址A15、A16分別接地,只使用SST29EE010芯片的128K字節(jié)空間中的0000H~7FFFH的32K空間。要利用更多的空間,需要對尋址進行擴展。
4 軟件的設(shè)計與開發(fā)
系統(tǒng)軟件的開發(fā)包括兩個方面:即引導(dǎo)程序的開發(fā)和加載程序的開發(fā)。引導(dǎo)程序的開發(fā)是系統(tǒng)的基礎(chǔ),主要的功能是實現(xiàn)MCU的初始化,存儲器檢查,F(xiàn)LASH可用性檢查,串行通信功能的實現(xiàn),對FLASH程序的加載以及出錯報警等,引導(dǎo)程序的工作流程如圖3所示。
圖3 引導(dǎo)程序工作流程圖
引導(dǎo)程序中有四個重要部分,AT89C52初始化、串行中斷服務(wù)程序以及程序加載指令的實現(xiàn),以及命令代碼的解析等。在系統(tǒng)沒有加載程序之前引導(dǎo)程序處在等待加載的狀態(tài),直到加載完成才可能進入正常工作模式,并且在引導(dǎo)程序進入正常工作模式時,也還可以通過調(diào)用程序加載模塊(子程序)進行程序的更新。
由于SST29EE010是以128字節(jié)的頁方式寫入,所以實現(xiàn)加載指令時,對SST29EE010的寫操作以128字節(jié)為分組,不足128字節(jié)的分組填充至128字節(jié)再處理。在加載程序時,主機將加載程序.BIN文件以128字節(jié)為單位分組,并為每個分組加上升級指令代碼和位置參數(shù)后通過串口發(fā)送給MCU,MCU接收數(shù)據(jù)后進行判斷,若是加載指令則將接收的數(shù)據(jù)寫入到參數(shù)指定的FLASH區(qū),并返回操作代碼;處理流程如圖4所示。
圖4 程序加載的處理流程圖
5 注意事項
在系統(tǒng)設(shè)計與程序設(shè)計過程中需要注意以下幾點:
?。?)對FLASH芯片進行讀/寫操作時,將其當作擴展的外部存儲器(用MOVX @DPTR,A指令);執(zhí)行程序時,將其作為擴展的程序存儲器。
(2)在寫數(shù)據(jù)之前要打開SST29EE010的保護鎖,寫操作完成后要將SST29EE010的保護鎖關(guān)閉,關(guān)鎖之前要有一定的延時(通過需要10ms)。
?。?)為了保證整個系統(tǒng)的可用行,需要對加載程序進行可用行檢測機制,最簡單的方法就是為所要加載的.BIN文件增加3字節(jié)的內(nèi)容,在文件前面增加2字節(jié)的.BIN文件長度指示,并在加載程序之后增加1字節(jié)的程序校驗值(如異或值),寫入FLASH中的內(nèi)容如圖5所示。
圖5加載程序的格式與內(nèi)容
?。?)為了進一步提高系統(tǒng)的安全性,需要進行相關(guān)的身份認證獲取加載的權(quán)限如口令驗證,否則不予開放加載功能。
?。?)還應(yīng)該添加一些版本控制和校驗功能,進行版本控制,只有在AT89C52與待加載的程序具有相同的版本時才能進行程序加載。
(6)因為加載的程序起始地址從8000H開始,又有2字節(jié)的長度指示,所以在加載程序之前增加“ORG 8002H”偽指令。
6 結(jié)束語
以單片機為基礎(chǔ)的需求越來越多,也就帶來了更多的維護問題。通過上層應(yīng)用程序維護通常比直接進行單片機底層程序的維護要方便得多!本文基于實現(xiàn)單片機系統(tǒng)在線維護的思想,介紹了一種通過PC機串行接口維護單片機系統(tǒng)的方法,從而為版本管理、程序的動態(tài)維護以及程序存儲器的擴展都提供了十分便利的手段。
參考資料
?。?] 張友德,趙志英,涂時亮。單片微型機原理、應(yīng)用與實驗.上海:復(fù)旦大學(xué)出版社,2000
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[3] 余永權(quán).ATMEL89系列單片機應(yīng)用技術(shù),北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2002