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0 引言 分散型控制系統(tǒng)中的現(xiàn)場終端一般由控制器和各檢測模塊構(gòu)成，它們之間通過一定的通信網(wǎng)絡(luò)建立數(shù)據(jù)的交換鏈路。這種系統(tǒng)具有高可靠、開放性、靈活性、協(xié)調(diào)性、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。然而，該分散型系統(tǒng)也具有終端數(shù)量多、分布范圍廣的特點(diǎn)。一旦終端系統(tǒng)軟件存在缺陷或用戶提出新的功能和指標(biāo)要求時，其升級、維護(hù)的工作量和成本都非常大。本文針對上述情況，設(shè)計了一種方便、靈活、快速及穩(wěn)定地對MCU節(jié)點(diǎn)進(jìn)行在線更新的機(jī)制。基于LPC11C24微控制器組成的CAN網(wǎng)絡(luò)，采用IAP編程技術(shù)(In Application Programming)，實(shí)現(xiàn)了對目標(biāo)節(jié)點(diǎn)MCU的軟件更新功能。 1 LPC11C24單片機(jī)和CAN總線 恩智浦半導(dǎo)體(NXP)推出業(yè)界首款內(nèi)嵌易用型片上CANopen驅(qū)動，集成高速CAN物理層收發(fā)器的微控制器LPC11C22和LPC11C24。作為一種獨(dú)特的系統(tǒng)級封裝解決方案，LPC11C22和LPC11C24集成了TJF1051CAN收發(fā)器，在低成本LQFP48封裝中實(shí)現(xiàn)了完整的CAN功能。 控制器局域網(wǎng)絡(luò)(Controller Area Network，CAN)是由研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國BOSCH公司開發(fā)了的，并最終成為國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO11898)。它是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。近年來，其所具有的高可靠性和良好的錯誤檢測能力受到重視，被廣泛應(yīng)用于汽車計算機(jī)控制系統(tǒng)和環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強(qiáng)和振動大的工業(yè)環(huán)境。 2 在線更新機(jī)制架構(gòu) 系統(tǒng)架構(gòu)主要由2部分組成：由各個MCU組成的CAN網(wǎng)絡(luò)；安裝在PC機(jī)上的USB-CAN通信卡，可以使PC機(jī)連上CAN網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示。軟件也包括2部分：運(yùn)行在PC機(jī)的上位機(jī)軟件，提供用戶操作界面，將應(yīng)用程序代碼通過CAN總線發(fā)送給節(jié)點(diǎn)；運(yùn)行在節(jié)點(diǎn)的啟動程序，主要是響應(yīng)下載命令，接受代碼，把代碼寫入FLASH，引導(dǎo)應(yīng)用程序。 3 在線更新機(jī)制的設(shè)計 3.1 IAP編程技術(shù) IAP是應(yīng)用在FLASH程序存儲器的一種編程模式，即在某段程序的控制下完成對FLASH的讀/寫操作，可以控制對某段、某頁、甚至某個字節(jié)的讀寫操作。 LPC11C24單片機(jī)支持并提供9條IAP命令： ①準(zhǔn)備寫操作的扇區(qū)； ②將RAM內(nèi)容復(fù)制到FLASH； ③擦除扇區(qū)； ④扇區(qū)查空； ⑤讀器件ID； ⑥讀Boot代碼版本； ⑦比較； ⑧重新調(diào)用ISP； ⑨讀UID。 3.2 FLASH空間分配 LPC11C24有32KB的FLASH空間，共分為8個扇區(qū)，每個扇區(qū)的大小為4KB。為了使程序更新和應(yīng)用程序更加獨(dú)立，本文將FLASH空間分為3個區(qū)，分別為啟動程序區(qū)，應(yīng)用程序區(qū)，用戶數(shù)據(jù)區(qū)。 其中①啟動程序是一段特定的駐留代碼，專門用于接收來自主機(jī)新的代碼，將其燒寫到相應(yīng)的FLASH空間，完成后跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用代碼區(qū)去執(zhí)行新的程序，代碼比較少，編譯生成的映像文件小于4KB，每次系統(tǒng)上電或重啟后先執(zhí)行啟動程序。 ②應(yīng)用程序是真正實(shí)現(xiàn)用戶功能的代碼。 ③用戶數(shù)據(jù)區(qū)是用于存儲應(yīng)用程序的一些設(shè)置和數(shù)據(jù)。 3.3 中斷向量表重映射與復(fù)制 LPC11C24支持32個向量中斷，中斷向量表默認(rèn)位于FLASH的第一個4KB空間，地址從0x00000000~0x00000079。按照前面的設(shè)計，啟動程序占用第一個4KB的空間，當(dāng)跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用程序時，實(shí)際的中斷向量表是位于0x00001000~0x00001079的空間。但LPC11C24系列的單片機(jī)不支持自定義中斷向量表的地址，只支持將中斷向量表從FLASH重映射到RAM。 為了能讓應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)正常的中斷處理，啟動程序在跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用程序之前還需要將應(yīng)用程序的中斷向量表復(fù)制并映射到RAM[10]。 代碼實(shí)例如下： 3.4 啟動程序和應(yīng)用程序的設(shè)計與固化 程序都在Keil for ARM集成環(huán)境下編寫并編譯。 首先在Keil軟件下新建基于LPC11C24的工程，并配置FLASH和SRMA的起始地址和大小。具體如表2所示。 3.5 啟動程序與應(yīng)用程序之前的跳轉(zhuǎn) 在啟動程序中定義應(yīng)用程序的地址，#defineAPP_CODE_ADDR (0x00001000)，程序跳轉(zhuǎn)的代碼采用匯編語言編寫，代碼實(shí)例如下： 3.6 啟動代碼的實(shí)現(xiàn)流程當(dāng)用戶需要更新應(yīng)用代碼時，PC的上位機(jī)軟件通過CAN總線向各種終端發(fā)送升級命令。而終端開機(jī)后自動運(yùn)行啟動程序，啟動程序會檢測沒有升級命令，如果有的話，則接收應(yīng)用程序代碼，直到完成整個升級。如果沒有，則運(yùn)行應(yīng)用程序。實(shí)現(xiàn)的流程圖如圖2，圖3所示。 4 結(jié)語 本文設(shè)計的在線更新機(jī)制結(jié)合了IAP編程技術(shù)和CAN通信技術(shù)，在單片機(jī)內(nèi)部采用了靈活的FLASH空間架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了CAN總線的在線更新機(jī)制。該設(shè)計方案已經(jīng)成功應(yīng)用到實(shí)際項(xiàng)目中，實(shí)踐證明，該方法操作簡便、靈活、可靠，具有一定的實(shí)際價值。 |
