單片機(jī)系統(tǒng)在線維護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

1 引 言

　　單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，靈活性強(qiáng)，性能價(jià)格比高等特點(diǎn)，如今已被廣泛地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。隨著單片機(jī)應(yīng)用的推廣，相應(yīng)地帶來(lái)了單片機(jī)系統(tǒng)的維護(hù)問(wèn)題，特別是在相同硬件結(jié)構(gòu)條件下多個(gè)版本軟件的管理問(wèn)題，因此實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的在線維護(hù)是非常必要的。

　　2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

　　單片機(jī)系統(tǒng)的在線維護(hù)有兩種情況，一種就是就將系統(tǒng)的程序分成兩個(gè)部分，并分別裝載到單片機(jī)的EPROM與FLASH中，如AT89C52等，因?yàn)镋PROM一般需要通過(guò)專門的編程儀器才能實(shí)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(jìn)行改寫，通過(guò)對(duì)FLASH的在線編程就可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的在線維護(hù)了。此時(shí)的FLASH芯片也可以看成是一個(gè)擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)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?cè)谙到y(tǒng)啟動(dòng)時(shí)從FLASH中加載程序并執(zhí)行，此時(shí)只要?jiǎng)討B(tài)維護(hù)FLASH中程序就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)了。

　　本文以ATMEL公司的AT89C52單片機(jī)為例，采用串行通信方式，對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)在線維護(hù)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)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(dòng)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?yàn)?strong>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(duì)FLASH芯片進(jìn)行讀/寫操作)。維護(hù)時(shí)，將.BIN程序文件通過(guò)PC機(jī)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(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的軟件進(jìn)行維護(hù)。

　　3 硬件結(jié)構(gòu)圖示與說(shuō)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(hào))接地址線A15的反，這樣就可以在MCU產(chǎn)生8000H～0FFFFH尋址范圍時(shí)選通SST29EE010，相應(yīng)地對(duì)SST29EE010芯片的開(kāi)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(kāi)鎖、關(guān)鎖控制，請(qǐng)參考《單片機(jī)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(kuò)展的問(wèn)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(duì)尋址進(jìn)行擴(kuò)展。4 軟件的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

　　系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)包括兩個(gè)方面：即引導(dǎo)程序的開(kāi)發(fā)和加載程序的開(kāi)發(fā)。引導(dǎo)程序的開(kāi)發(fā)是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要的功能是實(shí)現(xiàn)MCU的初始化，存儲(chǔ)器檢查，F(xiàn)LASH可用性檢查，串行通信功能的實(shí)現(xiàn)，對(duì)FLASH程序的加載以及出錯(cuò)報(bào)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(gè)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(shí)現(xiàn)，以及命令代碼的解析等。在系統(tǒng)沒(méi)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(jìn)入正常工作模式，并且在引導(dǎo)程序進(jìn)入正常工作模式時(shí)，也還可以通過(guò)調(diào)用程序加載模塊(子程序)進(jìn)行程序的更新。

　　由于SST29EE010是以128字節(jié)的頁(yè)方式寫入，所以實(shí)現(xiàn)加載指令時(shí)，對(duì)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(shí)，主機(jī)將加載程序.BIN文件以128字節(jié)為單位分組，并為每個(gè)分組加上升級(jí)指令代碼和位置參數(shù)后通過(guò)串口發(fā)送給MCU，MCU接收數(shù)據(jù)后進(jìn)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(xiàng)

　　在系統(tǒng)設(shè)計(jì)與程序設(shè)計(jì)過(guò)程中需要注意以下幾點(diǎn)：

　　(1)對(duì)FLASH芯片進(jìn)行讀/寫操作時(shí)，將其當(dāng)作擴(kuò)展的外部存儲(chǔ)器(用MOVX @DPTR，A指令);執(zhí)行程序時(shí)，將其作為擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)器。

　　(2)在寫數(shù)據(jù)之前要打開(kāi)SST29EE010的保護(hù)鎖，寫操作完成后要將SST29EE010的保護(hù)鎖關(guān)閉，關(guān)鎖之前要有一定的延時(shí)(通過(guò)需要10ms)。

　　(3)為了保證整個(gè)系統(tǒng)的可用行，需要對(duì)加載程序進(jìn)行可用行檢測(cè)機(jī)制，最簡(jiǎn)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(zhǎng)度指示，并在加載程序之后增加1字節(jié)的程序校驗(yàn)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

　　(4)為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性，需要進(jìn)行相關(guān)的身份認(rèn)證獲取加載的權(quán)限如口令驗(yàn)證，否則不予開(kāi)放加載功能。

　　(5)還應(yīng)該添加一些版本控制和校驗(yàn)功能，進(jìn)行版本控制，只有在AT89C52與待加載的程序具有相同的版本時(shí)才能進(jìn)行程序加載。

　　(6)因?yàn)榧虞d的程序起始地址從8000H開(kāi)始，又有2字節(jié)的長(zhǎng)度指示，所以在加載程序之前增加“ORG 8002H”偽指令。

　　6 結(jié)束語(yǔ)

　　以單片機(jī)為基礎(chǔ)的需求越來(lái)越多，也就帶來(lái)了更多的維護(hù)問(wèn)題。通過(guò)上層應(yīng)用程序維護(hù)通常比直接進(jìn)行單片機(jī)底層程序的維護(hù)要方便得多!本文基于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)在線維護(hù)的思想，介紹了一種通過(guò)PC機(jī)串行接口維護(hù)單片機(jī)系統(tǒng)的方法，從而為版本管理、程序的動(dòng)態(tài)維護(hù)以及程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展都提供了十分便利的手段。