|
TI公司的 MSP430系列單片機是具有很高實用性價值的產品，在許多領域得到廣泛的應用，特別是它的超級低功耗特性，是目前所有其他單片機無法比擬的。 IAP(InApplication Programming)是用戶自己的程序在運行過程中對用戶Flash的部分區域進行燒寫，目的是為了在產品發布后可以方便地通過預留的通信口對產品中的固件程序進行更新升級。 要實現IAP功能，通常需要在設計固件程序時編寫兩個項目代碼：第一個項目程序不執行正常的功能操作，而只是通過某種通信管道(如USB、USART、一些無線設備)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；第二個項目代碼才是真正的功能代碼。這兩部分項目代碼同時燒錄在用戶Flash中，當芯片上電后，首先是第一個項目代碼開始運行，再去更新第二段代碼。 根據IAP的特性，以及MSP430系列沒有自帶IAP功能的特點，必須自行編寫IAP程序來進行片內Flash的燒寫，這樣才能達到升級的目的。以下將詳細介紹如何進行IAP升級設計。 系統設計的總體構想是，通過無線的方式，將需要升級的二進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執行 IAP升級。 這里的重點是要編寫一個“螞蟻搬家”代碼，因為它不是在MSP430F149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(推薦，也可以用C語言寫，然后再精簡為匯編語言)，不能有堆棧的操作，代碼不能超過2 KB。 1 硬件設計 (1)系統主芯片的內部結構 首先簡單介紹一下MSP430F149的內部存儲地址結構圖，如圖1所示，這樣有助于對它進行IAP的升級設計。 由圖1可以看出，ROM和RAM同一個地址空間，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，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編譯出來后，要經過第三方軟件換為二進制文件)先保存在一個地方，系統必須外擴1片Flash(當然也可是其他介質)。由于MSP430F149系列單片機的SPI接口有2個，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，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明，可以把HEX文件保存在SST25VF016的開頭地址上，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線遠程升級方案： ①無線GPRS方案，優點是可以遠程控制下載；缺點是GPRS需要收費，而且是一卡對應一設備(在即將解決費用問題的同時，這也許是未來發展的趨勢)。 ②紅外線方案，現在很多的 PDA都帶有該功能，在該單片機的系統加接一個紅外模塊，并且在PDA上寫個小軟件，就可以輕松地將升級文件下載到外擴的Flash指定的位置；缺點是需要人員到現場作業。 ③藍牙技術方案，這個技術和紅外線技術類似，優點是數據傳輸沒有方向性，速度較紅外線快得多。 其他不一一介紹，希望讀者能有更多的升級方案。 為了簡要說明，這里用紅外線方案作為下載升級軟件的媒體介質，其他無線或者有線的媒體介質，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 首先假設已經將要升級的文件下載到相應的外擴Flash中了，對于整個IAP程序的設計，分為兩個部分：第一，先編寫“螞蟻搬家”程序，即一字節一字節地從相應的外擴Flash地址(事先已經定義好了)中搬移到片內Flash中(從0x1100開始至0xFFFF)；第二，編寫引導程序(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，一定要將60 KB全部拷貝完畢，否則系統將為不正常。最后要開啟看門狗，復位，即PC從0x0000開始。 “螞蟻搬家”程序流程如圖4所示。
圖4中必須注意： ①必須先固定該程序的人口地址，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，一般不會超過2 KB。 ②必須將Flash狀態鎖住，這樣在寫的時候不容易出錯。 ③在讀取60 KB數據后，打開看門狗。IAP升級系統是根據看門狗不喂狗來自動復位重啟系統的。 用戶只要根據上面的流程進行編程，就很容易實現IAP升級(這里是重點，也是一個難點)。 引導程序流程如圖5所示。
圖5說明：聲明一個入口函數，便于外部程序升級時調用。這個引導程序比較簡單。由于在片內執行，所以使用匯編語言(mov指令)很容易就可以把螞蟻搬家程序導入到RAM中。 由于IAR編譯出來的最終文件為*．a43文件，建議使用類似(HexToBin．exe)軟件將*．a43文件轉化成二進制文件，就可直接下載了。 4 注意事項 這段代碼必須在RAM里運行，所以暫時不使用SP來“RET”。也就是說，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設堆棧區。 通過某種無線手段執行代碼(BIN文件)，然后根據自定義無線協議，將該可執行代碼下載并保存到片外的Flash相應地址空間，最后啟動升級程序。 最后通過啟動看門狗并復位來啟動系統。 結語 通過長期的實踐證明，本方案具有非常高的可靠性。這里雖然只介紹了MSP430系列產品的IAP升級方法，但對于其他沒有自帶IAP功能單片機的升級，其設計思路卻都一樣。這里提醒廣大的開發愛好者，對于一串串的二進制文件數據，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，沒有做不到。祝大家共同進步! 作者：北京DAT科技有限公司 胡敬鳳 李志字 來源：《單片機與嵌入式系統應用》 2009（11） |
