MSP43F149系列單片機的IAP功能設計

MSP43F149系列單片機的IAP功能設計

　TI公司的MSP430系列單片機是具有很高實用性價值的產(chǎn)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(qū)域進行燒寫，目的是為了在產(chǎn)品發(fā)布后可以方便地通過預留的通信口對產(chǎn)品中的固件程序進行更新升級。

　　要實現(xiàn)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(zhí)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(shù)據(jù)(可執(zhí)行HEX文件)，執(zhí)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(jù)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(tǒng)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(tǒng)自動執(zhí)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MSP4 30F149片內Flahs區(qū)里運行的，而是在設定的RAM區(qū)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(tǒng)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(shù)據(jù)總線，地址為0000H～FFFFH，RAM地址區(qū)域為0200H～09FFH，代碼區(qū)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(jīng)過第三方軟件換為二進制文件)先保存在一個地方，系統(tǒng)必須外擴1片F(xiàn)lash(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(jù)保存數(shù)據(jù)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(jù)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(zhí)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(yōu)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(fā)展的趨勢)。

　　②紅外線方案，現(xiàn)在很多的PDA都帶有該功能，在該單片機的系統(tǒng)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(xiàn)場作業(yè)。

　?、?a target="_blank">藍牙技術方案，這個技術和紅外線技術類似，優(yōu)點是數(shù)據(jù)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(jù)自己的項目自行選擇。

　　3 軟件設計

　　首先假設已經(jīng)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(jié)一字節(jié)地從相應的外擴Flash地址(事先已經(jīng)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(tǒng)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(tǒng)將為不正常。最后要開啟看門狗，復位，即PC從0x0000開始?！拔浵伆峒摇背绦蛄鞒倘鐖D4所示。

　　圖4中必須注意：

　?、俦仨毾裙潭ㄔ摮绦虻娜肟诘刂罚@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，一般不超過2 KB 。

　?、诒仨殞lash狀態(tài)鎖住，這樣在寫的時候不容易出錯。

　?、墼谧x取60 KB數(shù)據(jù)后，打開看門狗。IAP升級系統(tǒng)是根據(jù)看門狗不喂狗來自動復位重啟系統(tǒng)的。

　　用戶只要根據(jù)上面的流程進行編程，就很容易實現(xiàn)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(shù)，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(zhí)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*．a(chǎn)43文件，建議使用類似(HexToBin．exe)軟件將*．a(chǎn)43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(qū)。通過某種無線手段執(zhí)行代碼(BIN文件)，然后根據(jù)自定義無線協(xié)議，將該可執(zhí)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(tǒng)。

　　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(chǎn)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(fā)愛好者，對于一串串的二進制文件數(shù)據(jù)，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!