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傳統的MCU控制系統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方式進行在線編程。隨著用戶需求和使用環境的不斷變化，就會要求系統程序被升級，而采用上述兩種方式進行程序升級時都必須要有開發人員進行現場操作。這種升級方式對于終端分散的控制系統來說無疑極大地增加了開發成本，也延緩了程序的更新時間。因此，本文結合無線基站動態環境監控系統， 給出了基于μPSD32xx系列單片機無線遠程IAP(應用內編程)的具體實現方法，解決了上述問題。 系統架構 無線基站電源、空調、基站的室內環境等條件對整個系統能否正常運行是至關重要的，為了讓無線基站有一個穩定、可靠的運行環境，因而設計了此采集系統。 針對以上環境，本采集系統下位機將基站電源、空調、基站內溫度、濕度、煙霧、門控等集于一體，實時采集該系統所需要的各種數據，同時提供自動告警功能；上位機采用C／S模式設置不同級別的權限提供給各個監控中心。系統的數據傳輸采用GPRS／GSM無線通信網絡接入Internet進行遠程傳輸：下位機通過GPRS／GSM把告警信息自動上傳到監控中心或手機等；同時，監控中心或手機可以通過GPRS／GSM網絡對采集器進行查詢、配置等操作，以滿足不同的實際需要。在整個系統的設計過程中，為了對多任務進行高效的調度，選用了源碼開放的μCOSII嵌入式實時操作系統。 硬件設計原理 uPSD32xx芯片簡介 UPSD32xx包含一個標準的8032微控制器模塊和一個PSD模塊。采用模塊化設計技術，不儀將構成一個單片機應用系統所需的多個功能塊(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方式進行在系統編程，可簡化嵌入式應用系統的設計、縮短產品的開發周期、提高系統的可靠性、降低成本并縮小產品尺寸。 由于μPSD32xx系列產品有主Flash和第二Flash兩塊存儲器，使得設計人員可以在無需外加存儲器的情況下對Flash進行遠程更新的同時對其執行應用內編程。 硬件接口設計 圖1是系統的IAP功能實現原理圖。串口中的電平轉換選用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個扇區組成，第二Flash存儲器由4個扇區組成。對Flash的配置可以通過軟件PSD EXPRESS來實現，配置結果如下： 第一Flash僅作為數據空間：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。 軟件設計與實現 GPRS及模塊 本設計選用的GPRS模塊是WAVECOM公司的Q2406B，它是雙頻GPRS／GSM模塊(EGSM900／1800MHz或EGSM900／1900 MHz)，內嵌完整的TCP／IP協議棧，直接通過AT指令就可以接入Internet，并且其設計開發符合ETSI GSM Phase2標準。單片機完全按照標準AT指令使用9.6 kbps波特率通過串口與此模塊進行通信。 模塊的初始化程序如下： 其中，μPSD_UART_Putchar("A B C D"，0) 函數功能是：μPSD3234A通過串口0向GPRS模塊發送字符串"ABCD"。 IAP簡介 IAP是應用在Flash程序存儲器的一種編程模式。可以在應用程序控制下，對程序存儲空間進行讀取、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進行讀寫操作。 IAP的實現 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IAP的關鍵，下面給予詳細介紹。 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存儲器的一個字節被擦除為全1(FFh)，通過設置選擇位為0來編程。MCU可一次擦除所有Flash存儲器或一個扇區，不能按字節擦除，而MCU可以按字節編程。一旦MCU發出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進行編程。 數據輪詢法 數據輪詢法的編程由函數unsigned char flash_boot_write_with_poll(volatile uchar xdata*addr，uchar dat)完成。當從監控中心接收的命令是要求用數據輪詢法對舊用戶程序更新時，主程序中就會調用此函數，MCU發出一個編程指令，內置的算法就開始運行。出錯標志(DQ5)位為1標志編程周期超時，為0標志沒有出錯。MCU可以讀取被編程扇區任意位置的數據輪詢(DQ7)位和出錯標志位。 數據跳轉法 數據跳轉法的編程由函數unsigned char flash_write_with_toggle(volatile uchar xdata*addr，uchar dat)完成。編程周期與數據輪詢法大致相同，區別在于MCU讀的不是DQ7，而是數據跳轉標志(DQ6)位。在編程期間，DQ6位一直跳轉，直到編程周期完成。DQ5位為1標志編程周期超時，為0標志沒有出錯。MCU可以讀取被編程扇區任意位置的DQ6位和DQ5位。 另外，此芯片還有Flash存儲器扇區保護功能：主Flash和第二Flash存儲器的每個扇區都可以被單獨地保護，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據安全保障。 在本設計中，第二Flash的CSBOOT1扇區保存了門控的一些固定卡號，此扇區應被保護。第二Flash的其余幾個扇區都作為備用，保存一些電源或空調參數以及需要添加的門控卡號，這些數據都是可變的，所以不被保護。可以通過JTAG口或器件編程器設置使Flash存儲扇區被保護或解除保護。MCU可以通過讀扇區保護寄存器(CSIOP塊里)來讀取扇區保護狀態，但不能改變它。 IAP功能的主程序設計 系統上電后，程序首先在啟動扇區內運行，等待上位機發來的命令，根據命令執行相應操作(見圖2)。超時或沒有命令發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 系統工作中主要有掉電、通信中斷、誤碼這三種情況會導致程序升級失敗。以下簡單介紹本設計所采取的一些保護措施。 第一種情況，考慮到環境導致的電源穩定性差和雷電、繼電器等高壓信號的干擾。系統采用了高隔離度DC／DC電源模塊把外界地和系統地隔離開，并且在容易受干擾的串口部分加入了高速光耦進行隔離；第二種情況，系統用到了串口、GPRS／GSM、TCP／IP組合成的復雜通信網絡。由于只要有一個通信故障就會造成上、下位機之間的通信失敗，所以，為了防止因通信失敗而造成系統癱瘓，程序中用Eeprom_Init函數在通信失敗或掉電情況下對數據進行恢復和修理；第三種情況，在上、下位機通信過程中，盡管通信正常，但由于數據量大，有產生誤碼的可能性。因此，程序中對接收到的每一幀數據都先檢驗幀類型，然后對其作4字節的校驗和判斷。如果校驗有誤，將錯誤信息類型回傳給上位機重發，直到數據完全正確，才將這一幀數據保存到Flash相應地址里。 結語 本文所介紹的無線遠程IAP的實現是基于μPSD32xx系列單片機，且已在無線基站動態環境監控系統項目中使用，極大地方便了系統程序的及時更新，可靠性也得到了驗證。可以直接應用到各種電力、水資源和其它無線監控系統中。 |
