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TI公司的MSP430系列單片機是具有很高實(shí)用性?xún)r(jià)值的產(chǎn)品，在許多領(lǐng)域得到廣泛的應用，特別是它的超級低功耗特性，是目前所有其他單片機無(wú)法比擬的。IAP(InApplication Programming)是用戶(hù)自己的程序在運行過(guò)程中對用戶(hù)Flash的部分區域進(jìn)行燒寫(xiě)，目的是為了在產(chǎn)品發(fā)布后可以方便地通過(guò)預留的通信口對產(chǎn)品中的固件程序進(jìn)行更新升級。 要實(shí)現IAP功能，通常需要在設計固件程序時(shí)編寫(xiě)兩個(gè)項目代碼：第一個(gè)項目程序不執行正常的功能操作，而只是通過(guò)某種通信管道(如USB、USART、一些無(wú)線(xiàn)設備)接收程序或數據(可執行HEX文件)，執行對第二部分代碼的更新；第二個(gè)項目代碼才是真正的功能代碼。這兩部分項目代碼同時(shí)燒錄在用戶(hù)Flash中，當芯片上電后，首先是第一個(gè)項目代碼開(kāi)始運行，再去更新第二段代碼。 根據IAP的特性，以及MSP430系列沒(méi)有自帶IAP功能的特點(diǎn)，必須自行編寫(xiě)IAP程序來(lái)進(jìn)行片內Flash的燒寫(xiě)，這樣才能達到升級的目的。以下將詳細介紹如何進(jìn)行IAP升級設計。 系統設計的總體構想是，通過(guò)無(wú)線(xiàn)的方式，將需要升級的二進(jìn)制文件直接下載到相應的地址空間，然后讓單片機系統自動(dòng)執行IAP升級。 這里的重點(diǎn)是要編寫(xiě)一個(gè)“螞蟻搬家”代碼，因為它不是在MSP4 30F149片內Flahs區里運行的，而是在設定的RAM區運行。RAM空間有限，所以用匯編代碼編寫(xiě)(推薦，也可以用C語(yǔ)言寫(xiě)，然后再精簡(jiǎn)為匯編語(yǔ)言)，不能有堆棧的操作，代碼不能超過(guò)2 KB。 1 硬件設計 (1)系統主芯片的內部結構 首先簡(jiǎn)單介紹一下MSP430F149的內部存儲地址結構圖，如圖1所示，這樣有助于對它進(jìn)行IAP的升級設計。 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·諾依曼結構，使用一組地址數據總線(xiàn)，地址為0000H～FFFFH，RAM地址區域為0200H～09FFH，代碼區ROM為1000H～FFFF。 (2)外擴的Flash芯片結構 為了能夠將要升級的文件(一般是IAR編譯出來(lái)后，要經(jīng)過(guò)第三方軟件換為二進(jìn)制文件)先保存在一個(gè)地方，系統必須外擴1片Flash(當然也可是其他介質(zhì))。由于MSP430F149系列單片機的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系列單片機低功耗電壓的要求，操作指令非常簡(jiǎn)單。外擴Flash硬件框圖如圖2所示。根據保存數據的要求，可以設計為多片，使保存的空間更多。在軟件設計時(shí)，設計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 為了能詳細清晰的說(shuō)明，可以把HEX文件保存在SST25VF016的開(kāi)頭地址上，即地址從0x000000～0x010000即可。當然也可以根據項目要求，自定義空間地址。 2 通信傳輸 對于如何將編譯好的可執行文件(BIN文件)從第三方下載到相應的外擴存儲空間里，這里主要推薦幾款無(wú)線(xiàn)遠程升級方案： ①無(wú)線(xiàn)GPRS方案，優(yōu)點(diǎn)是可以遠程控制下載；缺點(diǎn)是GPRS需要收費，而且是一卡對應一設備(在即將解決費用問(wèn)題的同時(shí)，這也許是未來(lái)發(fā)展的趨勢)。 ②紅外線(xiàn)方案，現在很多的PDA都帶有該功能，在該單片機的系統加接一個(gè)紅外模塊，并且在PDA上寫(xiě)個(gè)小軟件，就可以輕松地將升級文件下載到外擴的Flash指定的位置；缺點(diǎn)是需要人員到現場(chǎng)作業(yè)。 ③藍牙技術(shù)方案，這個(gè)技術(shù)和紅外線(xiàn)技術(shù)類(lèi)似，優(yōu)點(diǎn)是數據傳輸沒(méi)有方向性，速度較紅外線(xiàn)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(jiǎn)要說(shuō)明，這里用紅外線(xiàn)方案作為下載升級軟件的媒體介質(zhì)，其他無(wú)線(xiàn)或者有線(xiàn)的媒體介質(zhì)，其原理都一樣，讀者可以根據自己的項目自行選擇。 3 軟件設計 首先假設已經(jīng)將要升級的文件下載到相應的外擴Flash中了，對于整個(gè)IAP程序的設計，分為兩個(gè)部分：第一，先編寫(xiě)“螞蟻搬家”程序，即一字節一字節地從相應的外擴Flash地址(事先已經(jīng)定義好了)中搬移到片內Flash中(從0x1100開(kāi)始至0xFFFF)；第二，編寫(xiě)引導程序(COPY程序)，將“螞蟻搬家”程序拷貝到相應的RAM空間(0x0200)中，并將PC指向0x0200。系統升級程序流程如圖3所示。 注意：從片外的Flash拷貝到片內Flash中時(shí)，一定要將60 KB全部拷貝完畢，否則系統將為不正常。最后要開(kāi)啟看門(mén)狗，復位，即PC從0x0000開(kāi)始�！拔浵伆峒摇背绦蛄鞒倘鐖D4所示。 圖4中必須注意： ①必須先固定該程序的入口地址，這樣引導程序才能將之拷貝到RAM中，大小要控制在2 KB之內。該程序比較小，一般不超過(guò)2 KB 。 ②必須將Flash狀態(tài)鎖住，這樣在寫(xiě)的時(shí)候不容易出錯。 ③在讀取60 KB數據后，打開(kāi)看門(mén)狗。IAP升級系統是根據看門(mén)狗不喂狗來(lái)自動(dòng)復位重啟系統的。 用戶(hù)只要根據上面的流程進(jìn)行編程，就很容易實(shí)現IAP升級(這里是重點(diǎn)，也是一個(gè)難點(diǎn))。引導程序流程如圖5所示。 圖5說(shuō)明：聲明一個(gè)入口函數，便于外部程序升級時(shí)調用。這個(gè)引導程序比較簡(jiǎn)單。由于在片內執行，所以使用匯編語(yǔ)言(mov指令)很容易就可以把螞蟻搬家程序導入到RAM中。 由于IAR編譯出來(lái)的最終文件為*．a(chǎn)43文件，建議使用類(lèi)似(HexToBin．exe)軟件將*．a(chǎn)43文件轉化成二進(jìn)制文件，就可直接下載了。 4 注意事項 這段代碼必須在RAM里運行，所以暫時(shí)不使用SP來(lái)“RET”。也就是說(shuō)，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(kāi)設堆棧區。通過(guò)某種無(wú)線(xiàn)手段執行代碼(BIN文件)，然后根據自定義無(wú)線(xiàn)協(xié)議，將該可執行代碼下載并保存到片外的Flash相應地址空間，最后啟動(dòng)升級程序。最后通過(guò)啟動(dòng)看門(mén)狗并復位來(lái)啟動(dòng)系統。 結 語(yǔ) 通過(guò)長(cháng)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(méi)有自帶IAP功能單片機的升級，其設計思路卻都一樣。這里提醒廣大的開(kāi)發(fā)愛(ài)好者，對于一串串的二進(jìn)制文件數據，我們不要害怕；只要獨立思考，抓住單片機的特性，靈活應用，只有想不到，沒(méi)有做不到。祝大家共同進(jìn)步! |
