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傳統(tǒng)的MCU控制系統(tǒng)在下載程序時一般都是通過取下芯片用編程器燒寫，或者采用ISP方式進(jìn)行在線編程。隨著用戶需求和使用環(huán)境的不斷變化，就會要求系統(tǒng)程序被升級，而采用上述兩種方式進(jìn)行程序升級時都必須要有開發(fā)人員進(jìn)行現(xiàn)場操作。這種升級方式對于終端分散的控制系統(tǒng)來說無疑極大地增加了開發(fā)成本，也延緩了程序的更新時間。因此，本文結(jié)合無線基站動態(tài)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)， 給出了基于μPSD32xx系列單片機(jī)無線遠(yuǎn)程IAP(應(yīng)用內(nèi)編程)的具體實現(xiàn)方法，解決了上述問題。 系統(tǒng)架構(gòu) 無線基站電源、空調(diào)、基站的室內(nèi)環(huán)境等條件對整個系統(tǒng)能否正常運(yùn)行是至關(guān)重要的，為了讓無線基站有一個穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行環(huán)境，因而設(shè)計了此采集系統(tǒng)。 針對以上環(huán)境，本采集系統(tǒng)下位機(jī)將基站電源、空調(diào)、基站內(nèi)溫度、濕度、煙霧、門控等集于一體，實時采集該系統(tǒng)所需要的各種數(shù)據(jù)，同時提供自動告警功能；上位機(jī)采用C／S模式設(shè)置不同級別的權(quán)限提供給各個監(jiān)控中心。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸采用GPRS／GSM無線通信網(wǎng)絡(luò)接入Internet進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸：下位機(jī)通過GPRS／GSM把告警信息自動上傳到監(jiān)控中心或手機(jī)等；同時，監(jiān)控中心或手機(jī)可以通過GPRS／GSM網(wǎng)絡(luò)對采集器進(jìn)行查詢、配置等操作，以滿足不同的實際需要。在整個系統(tǒng)的設(shè)計過程中，為了對多任務(wù)進(jìn)行高效的調(diào)度，選用了源碼開放的μCOSII嵌入式實時操作系統(tǒng)。 硬件設(shè)計原理 uPSD32xx芯片簡介 UPSD32xx包含一個標(biāo)準(zhǔn)的8032微控制器模塊和一個PSD模塊。采用模塊化設(shè)計技術(shù)，不儀將構(gòu)成一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)所需的多個功能塊(如8032核、兩個Flash、SRAM、I／O、PLD、USB接口、I2C接口、雙UART口、用于液晶顯示的DDC通道、PWM控制器、4路ADC等)集成在單一硅片上，同時還可以通過JTAG ISP方式進(jìn)行在系統(tǒng)編程，可簡化嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計、縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期、提高系統(tǒng)的可靠性、降低成本并縮小產(chǎn)品尺寸。 由于μPSD32xx系列產(chǎn)品有主Flash和第二Flash兩塊存儲器，使得設(shè)計人員可以在無需外加存儲器的情況下對Flash進(jìn)行遠(yuǎn)程更新的同時對其執(zhí)行應(yīng)用內(nèi)編程。 硬件接口設(shè)計 圖1是系統(tǒng)的IAP功能實現(xiàn)原理圖。串口中的電平轉(zhuǎn)換選用Maxim公司的MAX202CPE芯片。由于在μPSD3234A的串口0中同時連接了GPRS模塊和門控系統(tǒng)模塊，所以在其串口0接收中采用74LS11與門芯片。 硬件配置 主Flash存儲器由8個扇區(qū)組成，第二Flash存儲器由4個扇區(qū)組成。對Flash的配置可以通過軟件PSD EXPRESS來實現(xiàn)，配置結(jié)果如下： 第一Flash僅作為數(shù)據(jù)空間：FS0：0～0x1FFF&0x8000～0xFFFF(頁碼序號為0) FS1～FS7：0x8000～0xFFFF(頁碼序號為1-7) 第二Flash僅作為程序空間：CSBOOT0：0～0x1FFF & 0x8000～0x9FF CSBOOT1：0xA000～0xBFFF CSBOOT2：0xC000～0xDFFF CSBOOT3：0xE000～0xFFFF RS0：0x2000～0x3FFF CSIOP：0x200～0x2FF 下載程序時將啟動程序分別下載到FS0、0～0x1FFF和CSBOOT0、0～0x1FFF部分。用戶程序下載到FS0～FS7、0x8000～0xFFFF部分。 軟件設(shè)計與實現(xiàn) GPRS及模塊 本設(shè)計選用的GPRS模塊是WAVECOM公司的Q2406B，它是雙頻GPRS／GSM模塊(EGSM900／1800MHz或EGSM900／1900 MHz)，內(nèi)嵌完整的TCP／IP協(xié)議棧，直接通過AT指令就可以接入Internet，并且其設(shè)計開發(fā)符合ETSI GSM Phase2標(biāo)準(zhǔn)。單片機(jī)完全按照標(biāo)準(zhǔn)AT指令使用9.6 kbps波特率通過串口與此模塊進(jìn)行通信。 模塊的初始化程序如下： 其中，μPSD_UART_Putchar("A B C D"，0) 函數(shù)功能是：μPSD3234A通過串口0向GPRS模塊發(fā)送字符串"ABCD"。 IAP簡介 IAP是應(yīng)用在Flash程序存儲器的一種編程模式。可以在應(yīng)用程序控制下，對程序存儲空間進(jìn)行讀取、擦除、寫入操作。與ISP操作非常相似，不需要從電路板上取下芯片用編程器燒寫，都具有在線編程功能。兩者之間的不同點是：ISP通常是整片擦除、編程，在手工操作下通過PC串口下載程序到Flash，而IAP卻是在某段程序的控制下對另外一段程序Flash進(jìn)行讀寫操作。 IAP的實現(xiàn) IAP就是肩動程序把新的用戶程序編程到指定的Flash中。對Flash程序存儲器的讀／寫操作是實現(xiàn)IAP的關(guān)鍵，下面給予詳細(xì)介紹。 MCU可以像讀ROM器件那樣讀Flash存儲器，但只能使用特殊的擦除和編程指令對Flash存儲器進(jìn)行編程。 Flash存儲器在被編程之前必須先被擦除。Flash存儲器的一個字節(jié)被擦除為全1(FFh)，通過設(shè)置選擇位為0來編程。MCU可一次擦除所有Flash存儲器或一個扇區(qū)，不能按字節(jié)擦除，而MCU可以按字節(jié)編程。一旦MCU發(fā)出Flash存儲器編程／擦除指令，可以通過幾種方法判斷是否編程／擦除完畢，程序中用到了下面兩種判斷方法來對Flash進(jìn)行編程。 數(shù)據(jù)輪詢法 數(shù)據(jù)輪詢法的編程由函數(shù)unsigned char flash_boot_write_with_poll(volatile uchar xdata*addr，uchar dat)完成。當(dāng)從監(jiān)控中心接收的命令是要求用數(shù)據(jù)輪詢法對舊用戶程序更新時，主程序中就會調(diào)用此函數(shù)，MCU發(fā)出一個編程指令，內(nèi)置的算法就開始運(yùn)行。出錯標(biāo)志(DQ5)位為1標(biāo)志編程周期超時，為0標(biāo)志沒有出錯。MCU可以讀取被編程扇區(qū)任意位置的數(shù)據(jù)輪詢(DQ7)位和出錯標(biāo)志位。 數(shù)據(jù)跳轉(zhuǎn)法 數(shù)據(jù)跳轉(zhuǎn)法的編程由函數(shù)unsigned char flash_write_with_toggle(volatile uchar xdata*addr，uchar dat)完成。編程周期與數(shù)據(jù)輪詢法大致相同，區(qū)別在于MCU讀的不是DQ7，而是數(shù)據(jù)跳轉(zhuǎn)標(biāo)志(DQ6)位。在編程期間，DQ6位一直跳轉(zhuǎn)，直到編程周期完成。DQ5位為1標(biāo)志編程周期超時，為0標(biāo)志沒有出錯。MCU可以讀取被編程扇區(qū)任意位置的DQ6位和DQ5位。 另外，此芯片還有Flash存儲器扇區(qū)保護(hù)功能：主Flash和第二Flash存儲器的每個扇區(qū)都可以被單獨(dú)地保護(hù)，防止被編程和擦除。該功能為所有的編程或擦除失效提供了額外的數(shù)據(jù)安全保障。 在本設(shè)計中，第二Flash的CSBOOT1扇區(qū)保存了門控的一些固定卡號，此扇區(qū)應(yīng)被保護(hù)。第二Flash的其余幾個扇區(qū)都作為備用，保存一些電源或空調(diào)參數(shù)以及需要添加的門控卡號，這些數(shù)據(jù)都是可變的，所以不被保護(hù)�？梢酝ㄟ^JTAG口或器件編程器設(shè)置使Flash存儲扇區(qū)被保護(hù)或解除保護(hù)。MCU可以通過讀扇區(qū)保護(hù)寄存器(CSIOP塊里)來讀取扇區(qū)保護(hù)狀態(tài)，但不能改變它。 IAP功能的主程序設(shè)計 系統(tǒng)上電后，程序首先在啟動扇區(qū)內(nèi)運(yùn)行，等待上位機(jī)發(fā)來的命令，根據(jù)命令執(zhí)行相應(yīng)操作(見圖2)。超時或沒有命令發(fā)來就自動切換到用戶程序。需要更新用戶程序時，切換回啟動程序。 異常處理 系統(tǒng)工作中主要有掉電、通信中斷、誤碼這三種情況會導(dǎo)致程序升級失敗。以下簡單介紹本設(shè)計所采取的一些保護(hù)措施。 第一種情況，考慮到環(huán)境導(dǎo)致的電源穩(wěn)定性差和雷電、繼電器等高壓信號的干擾。系統(tǒng)采用了高隔離度DC／DC電源模塊把外界地和系統(tǒng)地隔離開，并且在容易受干擾的串口部分加入了高速光耦進(jìn)行隔離；第二種情況，系統(tǒng)用到了串口、GPRS／GSM、TCP／IP組合成的復(fù)雜通信網(wǎng)絡(luò)。由于只要有一個通信故障就會造成上、下位機(jī)之間的通信失敗，所以，為了防止因通信失敗而造成系統(tǒng)癱瘓，程序中用Eeprom_Init函數(shù)在通信失敗或掉電情況下對數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)和修理；第三種情況，在上、下位機(jī)通信過程中，盡管通信正常，但由于數(shù)據(jù)量大，有產(chǎn)生誤碼的可能性。因此，程序中對接收到的每一幀數(shù)據(jù)都先檢驗幀類型，然后對其作4字節(jié)的校驗和判斷。如果校驗有誤，將錯誤信息類型回傳給上位機(jī)重發(fā)，直到數(shù)據(jù)完全正確，才將這一幀數(shù)據(jù)保存到Flash相應(yīng)地址里。 結(jié)語 本文所介紹的無線遠(yuǎn)程IAP的實現(xiàn)是基于μPSD32xx系列單片機(jī)，且已在無線基站動態(tài)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)項目中使用，極大地方便了系統(tǒng)程序的及時更新，可靠性也得到了驗證�？梢灾苯討�(yīng)用到各種電力、水資源和其它無線監(jiān)控系統(tǒng)中。 |
