TI公司的MSP430系列單片機(jī)是具有很高實(shí)用性價(jià)值的產(chǎn)品,在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用,特別是它的超級低功耗特性,是目前所有其他單片機(jī)無法比擬的。IAP(InApplication Programming)是用戶自己的程序在運(yùn)行過程中對用戶Flash的部分區(qū)域進(jìn)行燒寫,目的是為了在產(chǎn)品發(fā)布后可以方便地通過預(yù)留的通信口對產(chǎn)品中的固件程序進(jìn)行更新升級。
要實(shí)現(xiàn)IAP功能,通常需要在設(shè)計(jì)固件程序時(shí)編寫兩個(gè)項(xiàng)目代碼:第一個(gè)項(xiàng)目程序不執(zhí)行正常的功能操作,而只是通過某種通信管道(如USB、USART、一些無線設(shè)備)接收程序或數(shù)據(jù)(可執(zhí)行HEX文件),執(zhí)行對第二部分代碼的更新;第二個(gè)項(xiàng)目代碼才是真正的功能代碼。這兩部分項(xiàng)目代碼同時(shí)燒錄在用戶Flash中,當(dāng)芯片上電后,首先是第一個(gè)項(xiàng)目代碼開始運(yùn)行,再去更新第二段代碼。
根據(jù)IAP的特性,以及MSP430系列沒有自帶IAP功能的特點(diǎn),必須自行編寫IAP程序來進(jìn)行片內(nèi)Flash的燒寫,這樣才能達(dá)到升級的目的。以下將詳細(xì)介紹如何進(jìn)行IAP升級設(shè)計(jì)。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體構(gòu)想是,通過無線的方式,將需要升級的二進(jìn)制文件直接下載到相應(yīng)的地址空間,然后讓單片機(jī)系統(tǒng)自動執(zhí)行IAP升級。
這里的重點(diǎn)是要編寫一個(gè)“螞蟻搬家”代碼,因?yàn)樗皇窃贛SP4 30F149片內(nèi)Flahs區(qū)里運(yùn)行的,而是在設(shè)定的RAM區(qū)運(yùn)行。RAM空間有限,所以用匯編代碼編寫(推薦,也可以用C語言寫,然后再精簡為匯編語言),不能有堆棧的操作,代碼不能超過2 KB。
1 硬件設(shè)計(jì)
(1)系統(tǒng)主芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
首先簡單介紹一下MSP430F149的內(nèi)部存儲地址結(jié)構(gòu)圖,如圖1所示,這樣有助于對它進(jìn)行IAP的升級設(shè)計(jì)。
由圖1可以看出,ROM和RAM同一個(gè)地址空間,尋址空間為64 KB,采用馮·諾依曼結(jié)構(gòu),使用一組地址數(shù)據(jù)總線,地址為0000H~FFFFH,RAM地址區(qū)域?yàn)?200H~09FFH,代碼區(qū)ROM為1000H~FFFF。
(2)外擴(kuò)的Flash芯片結(jié)構(gòu)
為了能夠?qū)⒁壍奈募?一般是IAR編譯出來后,要經(jīng)過第三方軟件換為二進(jìn)制文件)先保存在一個(gè)地方,系統(tǒng)必須外擴(kuò)1片F(xiàn)lash(當(dāng)然也可是其他介質(zhì))。由于MSP430F149系列單片機(jī)的SPI接口有2個(gè),因此選擇了具有SPI接口的Flash芯片,如SST25VF016(16 Mb)等系列。該芯片電壓為2.7~3.6 V,剛好符合MSP系列單片機(jī)低功耗電壓的要求,操作指令非常簡單。外擴(kuò)Flash硬件框圖如圖2所示。根據(jù)保存數(shù)據(jù)的要求,可以設(shè)計(jì)為多片,使保存的空間更多。在軟件設(shè)計(jì)時(shí),設(shè)計(jì)好存放升級文件的首地址和該文件的大小。在MSP430F149系列中,該文件一般大小為64 KB。
(3)存儲空間地址劃分
為了能詳細(xì)清晰的說明,可以把HEX文件保存在SST25VF016的開頭地址上,即地址從0x000000~0x010000即可。當(dāng)然也可以根據(jù)項(xiàng)目要求,自定義空間地址。
2 通信傳輸
對于如何將編譯好的可執(zhí)行文件(BIN文件)從第三方下載到相應(yīng)的外擴(kuò)存儲空間里,這里主要推薦幾款無線遠(yuǎn)程升級方案:
①無線GPRS方案,優(yōu)點(diǎn)是可以遠(yuǎn)程控制下載;缺點(diǎn)是GPRS需要收費(fèi),而且是一卡對應(yīng)一設(shè)備(在即將解決費(fèi)用問題的同時(shí),這也許是未來發(fā)展的趨勢)。
②紅外線方案,現(xiàn)在很多的PDA都帶有該功能,在該單片機(jī)的系統(tǒng)加接一個(gè)紅外模塊,并且在PDA上寫個(gè)小軟件,就可以輕松地將升級文件下載到外擴(kuò)的Flash指定的位置;缺點(diǎn)是需要人員到現(xiàn)場作業(yè)。
?、鬯{(lán)牙技術(shù)方案,這個(gè)技術(shù)和紅外線技術(shù)類似,優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸沒有方向性,速度較紅外線快得多。
其他不一一介紹,希望讀者能有更多的升級方案。為了簡要說明,這里用紅外線方案作為下載升級軟件的媒體介質(zhì),其他無線或者有線的媒體介質(zhì),其原理都一樣,讀者可以根據(jù)自己的項(xiàng)目自行選擇。
3 軟件設(shè)計(jì)
首先假設(shè)已經(jīng)將要升級的文件下載到相應(yīng)的外擴(kuò)Flash中了,對于整個(gè)IAP程序的設(shè)計(jì),分為兩個(gè)部分:第一,先編寫“螞蟻搬家”程序,即一字節(jié)一字節(jié)地從相應(yīng)的外擴(kuò)Flash地址(事先已經(jīng)定義好了)中搬移到片內(nèi)Flash中(從0x1100開始至0xFFFF);第二,編寫引導(dǎo)程序(COPY程序),將“螞蟻搬家”程序拷貝到相應(yīng)的RAM空間(0x0200)中,并將PC指向0x0200。系統(tǒng)升級程序流程如圖3所示。
注意:從片外的Flash拷貝到片內(nèi)Flash中時(shí),一定要將60 KB全部拷貝完畢,否則系統(tǒng)將為不正常。最后要開啟看門狗,復(fù)位,即PC從0x0000開始。“螞蟻搬家”程序流程如圖4所示。
圖4中必須注意:
?、俦仨毾裙潭ㄔ摮绦虻娜肟诘刂罚@樣引導(dǎo)程序才能將之拷貝到RAM中,大小要控制在2 KB之內(nèi)。該程序比較小,一般不超過2 KB 。
?、诒仨殞lash狀態(tài)鎖住,這樣在寫的時(shí)候不容易出錯(cuò)。
?、墼谧x取60 KB數(shù)據(jù)后,打開看門狗。IAP升級系統(tǒng)是根據(jù)看門狗不喂狗來自動復(fù)位重啟系統(tǒng)的。
用戶只要根據(jù)上面的流程進(jìn)行編程,就很容易實(shí)現(xiàn)IAP升級(這里是重點(diǎn),也是一個(gè)難點(diǎn))。引導(dǎo)程序流程如圖5所示。
圖5說明:聲明一個(gè)入口函數(shù),便于外部程序升級時(shí)調(diào)用。這個(gè)引導(dǎo)程序比較簡單。由于在片內(nèi)執(zhí)行,所以使用匯編語言(mov指令)很容易就可以把螞蟻搬家程序?qū)氲絉AM中。
由于IAR編譯出來的最終文件為*.a(chǎn)43文件,建議使用類似(HexToBin.exe)軟件將*.a(chǎn)43文件轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制文件,就可直接下載了。
4 注意事項(xiàng)
這段代碼必須在RAM里運(yùn)行,所以暫時(shí)不使用SP來“RET”。也就是說,不可以使用CALL指令,也不可以使用壓棧處理(如PUSH或者POP等指令),所以這里將不可以開設(shè)堆棧區(qū)。通過某種無線手段執(zhí)行代碼(BIN文件),然后根據(jù)自定義無線協(xié)議,將該可執(zhí)行代碼下載并保存到片外的Flash相應(yīng)地址空間,最后啟動升級程序。最后通過啟動看門狗并復(fù)位來啟動系統(tǒng)。
結(jié) 語
通過長期的實(shí)踐證明,本方案具有非常高的可靠性。這里雖然只介紹了MSP430系列產(chǎn)品的IAP升級方法,但對于其他沒有自帶IAP功能單片機(jī)的升級,其設(shè)計(jì)思路卻都一樣。這里提醒廣大的開發(fā)愛好者,對于一串串的二進(jìn)制文件數(shù)據(jù),我們不要害怕;只要獨(dú)立思考,抓住單片機(jī)的特性,靈活應(yīng)用,只有想不到,沒有做不到。祝大家共同進(jìn)步!