摘  要： 提出并實(shí)現(xiàn)了一種新型DSP系統(tǒng)軟件版本在線升級(jí)方法及其3種升級(jí)方式，詳細(xì)論述了Flash的存儲(chǔ)分配結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)BOOT程序的設(shè)計(jì)。具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、更新方式靈活、程序可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于數(shù)字控制芯片領(lǐng)域。
關(guān)鍵詞： DSP；在線升級(jí)；Flash；BOOT程序

    隨著IT技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)已被廣泛應(yīng)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。數(shù)字化技術(shù)的核心包括兩個(gè)部分：MCU或DSP等數(shù)字控制芯片和相應(yīng)的軟件程序。一般的數(shù)字芯片均帶有Flash存儲(chǔ)空間、豐富的外設(shè)模塊，其中包括各種常見(jiàn)的通信接口(例如I2C、RS232等)。同時(shí)，為了滿足不斷變化的應(yīng)用需求，一般會(huì)在相應(yīng)的軟件程序設(shè)計(jì)中加入Bootloader功能，即利用系統(tǒng)已有的通信接口，依靠BOOT程序在線更新MCU或DSP中的軟件。完成軟件更新之后，運(yùn)行更新版本程序來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的擴(kuò)展或升級(jí)。
    目前，常用的更新方法有2種：(1)直接刷新Flash中已有的代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件的升級(jí)。雖然該方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但是存在意外風(fēng)險(xiǎn)，即當(dāng)系統(tǒng)在更新軟件過(guò)程中意外斷電時(shí)，MCU或DSP中原有的正常版本程序也將被破壞、無(wú)法運(yùn)行，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。(2)在MCU或DSP的Flash中開(kāi)辟2個(gè)空間A和B，分別作為主BOOT區(qū)和備BOOT區(qū)。這種方法雖然提高了軟件更新的可靠性，但卻增加了程序設(shè)計(jì)或硬件電路的復(fù)雜性。因?yàn)镸CU或DSP中斷向量表的地址一般是固定的，所以只能依靠復(fù)雜的版本切換程序或硬件選擇器來(lái)實(shí)現(xiàn)A、B區(qū)域中2個(gè)版本軟件的切換。
    為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種新型的軟件版本在線更新方法和3種更新方式，并且在數(shù)字控制芯片領(lǐng)域中得到了實(shí)際應(yīng)用。
1 dsPIC33F微控制器及地址空間分配
1．1 dsPIC33F微控制器
    美國(guó)Microchip公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的dsPIC33F微控制器采用16 bit改良的哈佛架構(gòu)和C編譯器優(yōu)化的指令集，其帶有16 bit的數(shù)據(jù)總線和24 bit指令，以及4 MB指令字的線性程序存儲(chǔ)空間，尋址范圍最大64 KB。由于其本身內(nèi)部集成了多達(dá)256 KB的Flash程序存儲(chǔ)器和30 KB的數(shù)據(jù)SRAM，因此，只需要上電復(fù)位電路和外部晶振電路，以及用于主要核心工作模塊的3.3 V電源就可以正常工作而無(wú)需額外的外圍器件支持。
1．2 Flash地址空間分配
    為了做到故障保護(hù)，防止在更新過(guò)程中發(fā)生更新文件出錯(cuò)、意外斷電等災(zāi)難性故障，本設(shè)計(jì)將dsPIC33F的Flash空間分為3個(gè)區(qū)域，如圖1所示。圖中(A)區(qū)用于存儲(chǔ)應(yīng)用程序正常版本；(B)區(qū)用于存儲(chǔ)應(yīng)用程序更新版本；(C)區(qū)用于存儲(chǔ)BOOT程序。其中(A)區(qū)、(B)區(qū)的分配空間大小相等，因?yàn)?B)區(qū)的主要用途在于存儲(chǔ)(A)區(qū)的運(yùn)行程序的更新版本軟件。

    在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)Flash的大小、程序代碼長(zhǎng)度等因素靈活調(diào)節(jié)。如果采用dsPIC33FJ64GP710控制器，其Flash空間范圍為0x0000-0xFFFF，每頁(yè)的大小為0x100，則dsPIC33FJ64GP710的Flash空間地址典型分配如表1所示。應(yīng)用程序更新版本和正常版本的Flash空間大小都為0x7000，而且，不論是應(yīng)用程序正常版本或是更新版本，其第一個(gè)運(yùn)行的指令都是跳轉(zhuǎn)到BOOT程序，其最后的2組地址都用于存放新的、有效的標(biāo)志位。所以，當(dāng)更新升級(jí)程序時(shí)，僅需要將應(yīng)用程序更新版本中的更新程序整體拷入應(yīng)用程序正常版本中即可，而不需區(qū)分其中的標(biāo)志位、跳轉(zhuǎn)指令和程序本體，簡(jiǎn)化了BOOT程序的設(shè)計(jì)。

2 BOOT功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
    本軟件程序設(shè)計(jì)主要分為兩部分：應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)和BOOT程序的設(shè)計(jì)。出廠時(shí)，應(yīng)用程序的正常版本放在圖1中(A)區(qū)，而B(niǎo)OOT程序放在圖1中(C)區(qū)。更新時(shí)，僅對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行更新。
    系統(tǒng)上電復(fù)位時(shí)，軟件首先跳轉(zhuǎn)至BOOT程序開(kāi)始運(yùn)行。BOOT程序首先檢測(cè)圖1(B)區(qū)中的更新版本程序是新的、有效的，BOOT程序才會(huì)擦除圖1(A)區(qū)中的正常版本，再將圖1(B)區(qū)中的更新版本拷入圖1(A)區(qū)中，覆蓋正常版本后在圖1(A)區(qū)中設(shè)置正常版本有效標(biāo)志位；否則BOOT程序?qū)⒔K止軟件版本的更新，并設(shè)置更新失敗標(biāo)志。然后軟件將從圖1(C)區(qū)中BOOT程序跳回圖1(A)區(qū)中運(yùn)行應(yīng)用程序的正常版本。因?yàn)橹挥性诟掳姹居行r(shí)，才會(huì)擦除正常版本，因此，更新版本和正常版本不會(huì)同時(shí)無(wú)效。系統(tǒng)軟件主程序設(shè)計(jì)具體流程如圖2所示。

    軟件在擦除(A)區(qū)的過(guò)程中如果出現(xiàn)異常(如系統(tǒng)掉電)，將導(dǎo)致(A)區(qū)中的應(yīng)用程序破壞。然而，此時(shí)(B)區(qū)中的更新軟件是有效的，當(dāng)系統(tǒng)重新上電運(yùn)行時(shí)，BOOT程序會(huì)將(B)區(qū)中的更新軟件拷入(A)區(qū)中，然后從(A)區(qū)開(kāi)始運(yùn)行，從而可以有效地解決常用版本更新方法存在的意外風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。Boots程序關(guān)鍵函數(shù)如下：
    void EraseFlashPages(void) //用于擦除Flash中所指定區(qū)域；
    void ProgramRow(unsigned char*ptrData，uReg32 SourceAddr)
//用于向指定的地址寫(xiě)入ptrData所指向的數(shù)據(jù)；
    void ReadRow(unsigned char*ptrData，uReg32 SourceAddr)
//用于從指定的地址讀取數(shù)據(jù)到ptrData所指向的位置；
    void  SetFlag(unsigned long FlagAddr) //用于向指定的
地址寫(xiě)入有效標(biāo)志；
    void  ClearFlag(unsigned long FlagAddr) //用于擦除指定地址的有效標(biāo)志。
3 DSP軟件更新方式與更新方法
3．1 DSP軟件更新方式
    為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)更新軟件的可靠性、靈活性，本文提供了3種更新方式：(1)在下載更新程序結(jié)束后，立即執(zhí)行更新操作；(2)在下載更新程序結(jié)束后，PC機(jī)通過(guò)通信發(fā)送更新命令再執(zhí)行更新操作；(3)在下載更新程序結(jié)束后，在系統(tǒng)下一次上電復(fù)位后，再執(zhí)行更新操作?；赩C編寫(xiě)的DSP軟件更新方式選擇界面，如圖3所示。

    其中，更新方式(1)適用于對(duì)可靠性要求不是很嚴(yán)格，而且馬上需要更新的場(chǎng)合，該方法與現(xiàn)有的、常用的在線升級(jí)方式相似，但克服了其存在的不足；更新方式(2)可以讓客戶根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行需要來(lái)選擇更新軟件的時(shí)機(jī)，因此可以在合適的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行軟件更新，將更新的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步降低；更新方式(3)適合于對(duì)可靠性要求非常嚴(yán)格的場(chǎng)合，在系統(tǒng)斷電后，重新上電復(fù)位后進(jìn)行更新。更新方式選擇關(guān)鍵函數(shù)如下：
    void  UpgradeAppCode(void)； //用于執(zhí)行更新程序操作；
    void  FW_Download(unsigned char DataBuffer， unsigned char RWflag)；  //通過(guò)通信接口，將下載的新程序保存到應(yīng)用程序更新版本區(qū)域。
3.2 更新版本程序下載流程
    如果軟件需要更新時(shí)，首先將更新版本軟件下載到應(yīng)用程序更新版本(圖1(B))中，在更新版本軟件的下載過(guò)程中，對(duì)更新版本進(jìn)行校驗(yàn)，如果更新版本下載成功，則在指定的地址中設(shè)置更新程序是新的、有效的標(biāo)志位；反之，則設(shè)置無(wú)效的標(biāo)志位。BOOT程序中更新版本程序下載流程如圖4所示。

    本文提出了一種高可靠的軟件版本在線升級(jí)方法和3種更新方式，該軟件具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、更新方式靈活、程序可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于數(shù)字控制芯片領(lǐng)域。
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