1.引言

單片機的應用非常廣泛，在某些情況下，單片機內部程序的升級在所難免，但是往往需要對單片機產(chǎn)品進行收回才能實現(xiàn)，這樣在一些遠程設備的程序升級問題上就顯得非常不方便。但是有些遠程設備本身留有遠程通訊的方式：例如某些遠程數(shù)據(jù)傳輸模塊，為了把數(shù)據(jù)上報總會留有通訊的接口，比如422、485甚至 GPRS或者局域網(wǎng)接口；又或者某些車載定位設備，為了和監(jiān)控中心通訊會留有GSM、CDMA或者GPRS等通訊方式。在這種情況下就可以利用其現(xiàn)有的通訊方式對其內部單片機程序進行升級而不需要收回產(chǎn)品。

本文的主要內容就是來研究這種遠程升級單片機程序的方法。

由于近年來凌陽科技的單片機，尤其是16位單片機，得到了越來越多的推廣，其應用領域越來越廣泛。本文選取一種常見的凌陽科技的16位單片機SPCE061A為例，來介紹單片機程序遠程升級的方法。

SPCE061A里內嵌了32K字的閃存（FLASH），即可以作為程序存儲空間又可以存儲數(shù)據(jù)，并且有自讀寫任意閃存地址的能力，本文利用這一功能，提出了通過在單片機中駐留BootLoader程序的方法，來實現(xiàn)單片機程序的遠程升級。

遠程升級的實現(xiàn)，需要單片機自身的響應同時還需要遠程服務器提供升級所需的代碼。下文將通過這兩個方面來分別介紹。

2.單片機程序

2.1 工作原理

為了使單片機可以響應遠程升級，這里采用了在單片機里預設Bootloader程序的方法。

BootLoader是一段引導程序，它駐留在單片機中，當單片機上電/復位后在用戶程序之前先運行。它運行后先判斷當前是否需要進入升級狀態(tài)。如果不需要升級，就直接運行Flash中原有的程序；如果需要升級，首先擦除舊的程序，然后從串口接收用戶程序，同時寫入Flash中。

在單片機正常運行過程中，當收到預先設置的升級指令時，即結束當前任務，修改升級標志位，然后自動復位轉入BootLoader程序；當BootLoader程序檢驗到升級標志位時即可進行升級。在單片機正常啟動、復位時，由于有標志位的作用，不會受到影響。

BootLoader程序可以從多種方式獲取數(shù)據(jù)，包括485、422、GPRS、CDMA、網(wǎng)口、串口等等；雖然各種獲取方式不同，但是在 BootLoader的設計上都大致相同，而且GPRS、GSM和CMDA等通訊方式都是使用串口；485、422等通訊方式與串口類似。為了節(jié)省篇幅，本文就以串口為例進行介紹。

在BootLoader設計過程中，需要注意下面方面問題：一是精簡問題，為了使得用戶程序可以獲得最大的程序空間，就需要BootLoader程序盡可能的簡短；再一個是中斷問題：BootLoader應盡量不使用中斷，以避免對用戶程序的影響；還有就是標志位的問題，標志位的應該不受復位的影響，在本設計中，選取了單片機FLASH中的一個字節(jié)。

2.2設計思路

單片機系統(tǒng)上留有一個半串口通過232芯片與PC機的串口相連接。當單片機上電或者復位后BootLoader開始運行，并通過訪問升級標志位來確定定當前是否需要進入升級狀態(tài)。如果沒有升級標志，就直接運行Flash中原有的程序；反之，則轉入升級子程序，把從串口接收到的程序代碼寫入Flash 中。圖1表示了BootLoader主程序的流程。

升級子程序中，為保證接收到的數(shù)據(jù)是正確的，避免將錯誤的程序寫入到芯片中，本文提出的方法采取了固定的數(shù)據(jù)格式，并且采取了反復確認的方法。圖2 表示了升級子程序的流程。在指令格式的選取上，本文采用了Motor S37格式，并在其基礎上加上了確認機制，其具體格式將在PC機程序一段做詳細介紹。

2.3 FLASH的擦寫方法

SPCE061A是一個用閃存替代掩膜ROM的MTP(多次編程)芯片，具有32K字(32K*16bit)閃存容量。用戶可用閃存來存儲用戶程序。為了安全起見，不對用戶開放整體擦除功能。

此外，為保證程序的正確編寫，用戶必須在編程之前擦除頁的內容。頁大小為0x100。第一頁地址范圍：0x8000~0x80FF，最后一頁的地址范圍：0xFF00~0xFFFF。0xFC00~0xFFFF范圍內的地址由系統(tǒng)保留，用戶最好不要用本范圍內的地址。 32K字的內嵌式閃存被劃分為128個頁(每個頁存儲容量為256個字)，它們在CPU正常運行狀態(tài)下均可通過程序擦除或寫入。

閃速存儲器芯片的編程操作是自動字節(jié)編程，既可以順序寫入，也可指定地址寫入。編程操作時注意芯片的編程時間參數(shù)。Flash程序空間為 0x8000—0xFFFF，F(xiàn)lash命令用戶接口地址為0x7555。第一頁范圍是[0x8000—0x80FF]，最后一頁[0xFF00— 0xFFFF]。1. 擦除一頁流程是：先給命令用戶接口地址0x7555里送0xAAAA，然后再給命令用戶接口地址0x7555里送0x5511，再后給要擦除頁地址送任意數(shù)，約20ms即可完成擦除操作，然后可以執(zhí)行其它操作。例如擦除第6頁[0x8500—0x85FF]流程如下：

(1)0x7555 ?0xAAAA(2) 0x7555?0x5511(3) 0x85XX?0xXXXX (其中X為任意值) 2. 寫入一個字流程是:先給命令用戶接口地址0x7555里送0xAAAA,然后再給命令用戶接口地址0x7555里送0x5533,再后給要寫入字地址送數(shù)據(jù),約40us即可完成寫入操作,然后可以執(zhí)行其它操作。例如向0x8000單元寫入0xffff流程如下：(1)0x7555?0xAAAA (2) 0x7555?0x5533 (3) 0x8000?0xffff 3. 寫多個字流程是：

先給命令用戶接口地址0x7555里送0xAAAA，然后再給命令用戶接口地址0x7555里送0x5544，然后給要寫入字首地址送數(shù)據(jù)，約40us即可完成1個字寫入操作。再給命令用戶接口地址0x7555里送0x5544，給要寫入字地址送數(shù)據(jù)，等待40us即可，循環(huán)操作，即可完成多字的寫入。

3. PC機程序

為了實現(xiàn)單片機程序的正確下載，需要有PC機程序配合，以提供升級程序的代碼。PC機程序主要負責解釋和發(fā)送Motor S37格式的程序代碼，并完成與單片機進行代碼傳輸?shù)姆磸痛_認以保證程序的正確下載。

3.1 Motor S37 格式

凌陽單片機的程序代碼可以是被編譯成Motor S37格式和TSK兩種格式。本文中所選取的代碼格式是Motor S37格式。為了解釋Motor S37格式的代碼，就要先來看看它的格式，見表1。

表1 Motor S37 格式的代碼文件格式

下面我們以一段實際的Motor S37 格式的代碼來具體說明Motor S37 格式。

S31500010022237041941193227009B34000455E1BD798

S30B0001FFFA3B803B800980FB

S307000100000000F7

S70500000000FA

這段代碼是從實際的程序代碼中截取出來的幾句。前面幾行是以S3開頭，表示數(shù)據(jù)記錄；最后一行以S7開頭，表示結尾。S3或者S7后面跟著的兩位是數(shù)據(jù)長度，都是以16進制表示，15即表示十進制的20，其長度表示的是此行里8位數(shù)據(jù)的個數(shù)。后面的8個ASCII碼是裝入地址，這里要注意的是凌陽 SPCE061A是16位單片機，而S37文件中的地址是以8位來計算的，所以地址都要除2來計算實際地址。如第一行中的00010022，其在單片機中的實際地址是0x8011。地址的后面是數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)表示也是按照8位來表示的，需要轉換到單片機中的16位。拿第一行來舉例，原來應寫在 0x00010022上的0x23和寫在0x00010023上0x37，就應改為寫到0x8011上的0x3723。

3.2 確認機制

為了進一步的保證程序升級的可靠性，本文在Motor S37的基礎上又加上了確認機制。即在單片機收到數(shù)據(jù)后，回傳一遍數(shù)據(jù)，然后等待PC機確認；當PC機確認數(shù)據(jù)正確后，發(fā)送ACSII碼S1作為ACK信號；否則發(fā)送S2作為DCK信號。確認機制犧牲了系統(tǒng)的效率，但是提高的可靠性，本文建議在一些鏈路狀況較差的環(huán)境加上確認機制。

3.3 程序的偏移量

此處要說明的是，由于BootLoader代碼占用了一定的程序空間，真正的用戶代碼的存放要從啟動代碼后開始，這就需要在編譯程序的時候設置好偏移量，使得用戶代碼存儲在BootLoader代碼之后。在凌陽IDE184中，偏移量可以在 Project->Setting->Section（如圖3）中設置。圖中所示是設置了256字的偏移量，即0x100。因為 SPCE061A的程序空間是從0x8000開始，所以下圖中代碼段的起始地址為0x8100。

圖3 偏移量的設置

針對本文的實現(xiàn)方法，把偏移地址設置在了0x8500，也就是說BootLoader運行后會自動啟動0x8500處的代碼。

4 結束語

本文所介紹的設計已經(jīng)進行了實現(xiàn)，試驗效果良好。在選取某些不穩(wěn)定鏈路作為數(shù)據(jù)獲取方式時或者是復位可能對鏈路造成影響的情況下，例如GPRS鏈路，為了進一步提高程序升級的可靠性，系統(tǒng)還可以外擴RAM，在系統(tǒng)復位之前下載全部的升級程序代碼到RAM中，然后再復位啟動直接改寫程序空間。

本文創(chuàng)新之處在于提出了遠程升級單片機系統(tǒng)內部程序的方法，方案可靠性高，容易實現(xiàn)，雖是以SPCE061A為例，但可普遍應用于各類可自我擦寫程序空間的單片機；本文雖是以從串口獲取數(shù)據(jù)為例介紹了單片機程序遠程升級的思路和實現(xiàn)方法，但485、422等通訊方式與串口類似，而且GPRS、GSM 和CMDA等通訊方式歸根到底都是使用串口，所以根據(jù)本文的設計理念可將獲取數(shù)據(jù)的方式替換為GPRS或者485甚至網(wǎng)卡等等更加復雜傳輸手段。使得有以上各種接口的單片機產(chǎn)品都可以進行程序的遠程升級，而不必對產(chǎn)品進行召回。有一定的實用價值。

參考文獻：

[1] 羅亞非。凌陽16位單片機應用基礎[M].北京:北京航空航天大學出版社,2003,31-32.

[2] 朱海君，敬嵐，陸軍?；贛SC1210單片機的串口通訊設計。《微機算計信息》。2004 No.4 P.48