|
本文通過(guò)對8051單片機的特點(diǎn)分析，提出了一種低成本的方法，使其軟件可以利用系統已有的通信鏈路在線(xiàn)升級。 1 基本原理 類(lèi)似于其他引導裝載升級程序的方法，在系統中必須始終存在一段用于程序裝載的代碼（bootloader），該代碼在啟動(dòng)時(shí)被運行。其基本功能是根據外部條件來(lái)判斷是運行現有版本的程序還是從主機下載新程序。8051具有選擇執行片內或者片外程序的功能，而對片內E2PROM編程過(guò)程相對比較復雜，因此這里將程序引導裝載代碼燒結在內部程序空間中，并不準備改變；而將系統應用程序存放在片外一編程相對簡(jiǎn)單和獨立的E2PROM內，是隨時(shí)可以更新的部分。通過(guò)外圍電路的支持，單片機上電復位時(shí)首先執行片內的裝載程序，如圖1所示。該裝載代碼將應用程序從E2PROM拷貝到外部存儲器（RAM）中以備執行，同時(shí)還通過(guò)通信接口監系統程序裝載執行過(guò)程聽(tīng)主機命令。當收到主機更新程序的請求后，立即接收新的應用程序內容，并在最終確認后寫(xiě)入擴展E2PROM內。當片內程序執行完畢后，系統軟件復位并執行片外RAM中的程序，而RAM的內容正是由裝載所決定的。如果CPU再次復位，那么將重復上述裝載執行過(guò)程。
值得注意的是，在對外部程序存儲器訪(fǎng)問(wèn)時(shí)，8051單片機只提供讀指令（MOVC）而并不具備寫(xiě)指令。但是從單片機對外部程序和數據存儲器的訪(fǎng)問(wèn)時(shí)序上看具有一致性，不同的是讀代碼使用PSEN信號而讀數據使用RD信號。同時(shí)，單片機的PSEN﹑RD和WR信號不會(huì )同時(shí)有效，因此將PSEN和RD邏輯合并后，可以使程序和數據合二為一讀寫(xiě)成為可能。這樣同一個(gè)地址單元RD、WR（MOVX）和PSEN（MOVC）均可以進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。單片機可以使用MOVX寫(xiě)指令來(lái)更改相當于其外部程序空間中的內容。特別要注意的是，當程序和數據共存于一片RAM中時(shí)，必須使用編譯器提供的相關(guān)連接命令使數據區偏離代碼可能占用的區域，否則會(huì )導致系統混亂。 2 硬件電路 硬件參考電路如圖2所示。系統加電后，由于C3兩端電壓不能瞬變，使D觸發(fā)器置1端保持一短暫低電平，強制將單片機EA信號置高。在U4看門(mén)狗上電復位信號撤銷(xiāo)后，單片機開(kāi)始從內部程序空間0地址起執行。內部裝載程序先通過(guò)P1.4、P1.5模擬I2C總線(xiàn)時(shí)序從E2PROMU3中將應用程序代碼拷貝到片外RAM從0地址起的空間中。如果到代碼拷貝結束串行口一直沒(méi)有收到預定的程序下載命令，則通過(guò)軟件置低P1.6口觸發(fā)看門(mén)狗芯片對單片機復位，在復位脈沖的上升沿，D觸發(fā)器鎖存其輸出的信號使EA電平翻轉為低電平。待復位信號撤銷(xiāo)后，單片機開(kāi)始執行位于外部程序空間的系統應用程序代碼。在執行外部程序時(shí)，如果看門(mén)狗再次復位，EA將會(huì )恢復高電平并重新執行內部裝載程序。
當上位機欲更改終端設備程序時(shí)，可通過(guò)串口向其發(fā)送特定的握手字符串，無(wú)論片外程序還是片內程序最好都能識別該字符串并且復位單片機（如果是正在運行外部程序）執行內部裝載程序。裝載程序就緒后向上位機發(fā)送確認回應，并接收來(lái)自上位機的程序代碼。單片機通過(guò)置低P1.3允許E2PROM寫(xiě)操作，將新的內容寫(xiě)入E2PROM中，完成程序的更新。 3 軟件設計 裝載程序主要有兩個(gè)功能，其一是要將E2PROM的內容拷貝到片外RAM中；其二是要響應上位機的更新程序命令并接收代碼內容更新E2PROM。 #define uchar unsigned char #define uintunsigned int sbit WDI=P1^7; sbit RESET=P1^6;/*聲明外部I2C讀寫(xiě)函數*/ extern void I2c_wr(uchar addh,uchar addl,uchar buf[],uchar num,bit wr); void main(void) { uchar data addh,addl; uchar data buf[16]; uchar j; uint I=0; XBYTE[0x1fff]=0;/*清除程序拷貝好標志*/ WDI="WDI; /*喂狗*/ system_init(); /*初始化*/ for(addh=0;addh＜0x10;addh++) { for(addl=0;addl＜0xf0;addl+=16) {/*讀入E2PROM地址addh:addl16字節內容到buf*/ I2c_wr(addh,addl,buf,16,1); for(j=0;j＜16;j++)/*將代碼寫(xiě)入外部絕對地址*/ XBYTE[I++]=buf[j]; } I2c_wr(addh,0xf0,buf,16,1); for(j=0;j＜16;j++) XBYTE[I++]=buf[j]; WDI="WDI; } if(shake_hand==1) {/*shake_hand由串口中斷收到握手命令后置1*/ rcv_data(); /*該函數負責從上位機獲取程序*/ } XBYTE[0x1fff]=0xaa;/*置程序拷貝好標志*/ RESET=0;/*復位單片機并執行外部RAM內的程序*/ while(1); } 為了確保程序在裝載完全正確后才開(kāi)始執行，裝載程序使用了外部RAM 0x1fff地址內容作為裝載成功的標志。那么相應的應用程序應判斷此標志后再執行。 調試結束的裝載程序燒結在單片機中，而實(shí)際的系統應用程序則存儲于外部E2PROM內。應用中，將單片機直接焊裝在電路板上，而編程者只需通過(guò)串口或者其他形式的通信鏈路甚至無(wú)線(xiàn)的方式來(lái)更改升級目標應用程序。 4 幾點(diǎn)討論 在實(shí)際應用中，最好使用嚴格的校驗及復查方法來(lái)確保程序拷貝無(wú)誤。 另外， 在從上位機下載程序時(shí)應該制定一個(gè)可靠的通信協(xié)議， 從而保證獲取的程序完全正確。 單片機在接收到上位機的代碼數據時(shí)，不要急于寫(xiě)入外部E2PROM，而應先全部放在外部RAM區內，待代碼獲取完畢并且通過(guò)校驗檢查后再把RAM的內容一次性寫(xiě)入E2PROM。這樣防止在獲取程序的時(shí)候通信異常中斷而E2PROM內將沒(méi)有一個(gè)可以執行的程序。 從原理上看，如果片外RAM是非易失的，就可以不再使用E2PROM。但是這樣系統成本變高且可靠性降低，因為當單片機程序跑飛時(shí)很容易產(chǎn)生MOVX指令而改變RAM區的內容，造成程序永久性不可恢復。而在程序跑飛的情況下，很難產(chǎn)生符合外部E2PROM接口的I2C寫(xiě)時(shí)序，同時(shí)E2PROM還有寫(xiě)保護功能。 雖然上述方法能使8051單片機系統具有遠程升級代碼的能力，但是程序裝載過(guò)程將使系統的啟動(dòng)時(shí)間延長(cháng)數秒，在對啟動(dòng)時(shí)間要求較短的場(chǎng)合不能應用本文中介紹的方法。 |
