MSP430單片機(jī)串口的程序升級(jí)方法

摘要：介紹了一種MSP430單片機(jī)通過(guò)串口升級(jí)程序的方法，并在MSP430F5438上得以實(shí)現(xiàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，證明此方法穩(wěn)定、可靠，避免了利用仿真器更新程序的繁瑣，提高了效率。
關(guān)鍵詞：MSP430F5438；串口；程序更新

    隨著性能的不斷提高以及成本的降低，單片機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。尤其在信號(hào)的控制和處理方面，單片機(jī)以其超低的功耗、簡(jiǎn)單的操作成為設(shè)計(jì)者的首選。TI公司推出的MSP430x5xx系列單片機(jī)具有低電壓、低功耗、高速處理能力以及配置靈活的接口等特點(diǎn)，是當(dāng)今主流單片機(jī)之一。
    同其他處理器一樣，單片機(jī)正常工作除了需要硬件電路以外，還需要相應(yīng)的用戶應(yīng)用程序。但應(yīng)用程序在調(diào)試階段以及實(shí)際使用時(shí)往往都需要更新，常規(guī)的方法需要打開機(jī)箱，將仿真器與單片機(jī)連接好，再更新程序。這種步驟比較繁瑣，如果操作不當(dāng)還會(huì)損壞設(shè)備。因此，如果能通過(guò)單片機(jī)已有的簡(jiǎn)單接口(如串口)更新應(yīng)用程序，那么將給單片機(jī)的使用帶來(lái)更大的方便。

1 總體思想
    首先通過(guò)仿真器向單片機(jī)中寫入一段小程序，稱之為Bootloader程序。這個(gè)程序不是用戶的應(yīng)用程序，它的作用有兩個(gè)：第一是在上電的一小段時(shí)間里實(shí)時(shí)檢測(cè)串口，如果有上位機(jī)發(fā)出的更新程序命令，就發(fā)送握手信號(hào)，通知上位機(jī)發(fā)送更新代碼，并將收到的更新代碼寫入單片機(jī)相應(yīng)的Flash中；第二個(gè)作用是當(dāng)檢測(cè)到有應(yīng)用程序存在時(shí)，跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用程序的入口地址，執(zhí)行應(yīng)用程序。其流程如圖1所示。

    上位機(jī)程序(VC++語(yǔ)言編寫)的功能是，當(dāng)用戶發(fā)出更新程序的指令后，在一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)發(fā)送更新程序命令。如果收到單片機(jī)的應(yīng)答信號(hào)，表示單片機(jī)準(zhǔn)備開始接收更新代碼。此時(shí)上位機(jī)讀取已選擇的代碼文件，分段發(fā)給單片機(jī)。其流程如圖2所示。

2 相關(guān)知識(shí)
2．1 IAR設(shè)置
    常用的MSP430單片機(jī)軟件開發(fā)環(huán)境是IAR C／C++Compiler for MSP430。用仿真器進(jìn)行程序燒寫以及仿真調(diào)試時(shí)，在Options→Linker→ Output→Format選項(xiàng)中選擇的是“Debug information for C-SPY”，但如果要得到該程序文本格式的代碼文件，需要選擇Format中的Other選項(xiàng)。
2．2 代碼文件格式
    下面是一個(gè)生成的txt文件的內(nèi)容：
   
    @后面的6C00表示起始地址，接下來(lái)的內(nèi)容需要依次寫入6C00開始的地址中。@FCFF表示程序的復(fù)位入口地址，單片機(jī)上電或者復(fù)位后，程序從這里開始運(yùn)行。最末行q表示結(jié)束。
2．3 xcl文件
    上面生成的txt文件中的代碼存放地址、復(fù)位入口地址以及中斷入口地址都可以通過(guò)配置文件進(jìn)行修改，這個(gè)文件就是xcl文件。該文件在安裝目錄的IAR Systems＼Embedded Workbench 5．4 Evaluation＼430＼config中，本文所使用的單片機(jī)對(duì)應(yīng)的配置文件是lnk430F543 8．xcl，將其復(fù)制到自己創(chuàng)建的工程中以便修改。在編譯器的Options→Linker→Config→Linker command file選項(xiàng)中指定這個(gè)配置文件。
    下面是xcl文件中的部分內(nèi)容：

    上面的配置信息含義是代碼(Code)和數(shù)據(jù)常量(Constant data)放在5C00～FF7F和10000～45BFF兩個(gè)空間中。中斷向量的地址是FF80～FFFF，其中復(fù)位向量的地址是FFFE～FFFF。
2．4 Bootloader程序和用戶應(yīng)用程序的關(guān)系
    地址空間分配如圖3所示。圖3左面是MSP430F5438的空間分配。在正常的使用中，用戶代碼占用5C00～FF7F、10000～45BFF兩塊區(qū)域，中斷向量為FF80～FFFF。但含有Bootloader的程序，就與之有所區(qū)別了。即Bootloader程序占用了一部分代碼區(qū)，同時(shí)占有中斷向量FF80～FFFF。而用戶需要重新編寫一個(gè)中斷向量表，以及相應(yīng)的入口地址。圖3右面是Bootloader程序和用戶程序以及自定義的中斷向量在Flash中的位置。關(guān)于空間位置以及空間大小可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

    從圖中可以看出，在代碼空間中存在著兩個(gè)獨(dú)立的程序：Bootloader程序和用戶程序。Bootloader完成的功能是在復(fù)位時(shí)通過(guò)上位機(jī)更新用戶程序或者調(diào)用已經(jīng)存在的用戶程序。在這里最為關(guān)鍵的是中斷向量FF80～FFFF是歸Bootloader程序所有的，當(dāng)有中斷發(fā)生時(shí)，程序首先進(jìn)入FF80～FFFF空間的地址中(也就是Bootloader的程序中)，接著再由Bootloader的中斷程序跳轉(zhuǎn)到相對(duì)應(yīng)的用戶中斷程序中。
    由于用戶程序空間以及中斷向量都發(fā)生了變化，那么需要對(duì)配置文件lnk430F5438．xcl的內(nèi)容進(jìn)行修改。以圖3為例，修改如下：

2．5 上位機(jī)程序
    利用VC++編寫帶有串口的上位機(jī)程序，按照?qǐng)D2所示的流程完成相應(yīng)的功能。在操作時(shí)，首先打開與單片機(jī)連接的串口，選擇要更新的文件，之后給單片機(jī)上電，就可以進(jìn)行用戶程序的更新了，上位機(jī)界面如圖4所示。

結(jié)論
    通過(guò)增加一個(gè)Bootloader程序，引出一個(gè)串口就可以更新程序，使更新程序變得更加容易，在實(shí)際使用中起到了事半功倍的效果。此種方法也同樣適用MSP430其他系列的單片機(jī)。