1 引 言

單片機應用系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，靈活性強，性能價格比高等特點，如今已被廣泛地應用于計算機行業(yè)的各個領(lǐng)域。隨著單片機應用的推廣，相應地帶來了單片機系統(tǒng)的維護問題，特別是在相同硬件結(jié)構(gòu)條件下多個版本軟件的管理問題，因此實現(xiàn)單片機系統(tǒng)的在線維護是非常必要的。

2 系統(tǒng)設(shè)計原理

單片機系統(tǒng)的在線維護有兩種情況，一種就是就將系統(tǒng)的程序分成兩個部分，并分別裝載到單片機的EPROM與FLASH中，如AT89C52等，因為EPROM一般需要通過專門的編程儀器才能實現(xiàn)編程，所以一般是不能在線更改的；但是由于FLASH可以在線進行改寫，通過對FLASH的在線編程就可實現(xiàn)單片機系統(tǒng)的在線維護了。此時的FLASH芯片也可以看成是一個擴展的程序存儲器。另一種情況就是具備程序加載功能的芯片，如TMS320VC33、TMS320F206等，它們在系統(tǒng)啟動時從FLASH中加載程序并執(zhí)行，此時只要動態(tài)維護FLASH中程序就可以實現(xiàn)對系統(tǒng)的維護了。

本文以ATMEL公司的AT89C52單片機為例，采用串行通信方式，對單片機系統(tǒng)在線維護的實現(xiàn)進行闡述。在系統(tǒng)中，程序按一定規(guī)則分別裝載在AT89C52以及FLASH中，在保持AT89C52中程序不變的情況下，根據(jù)系統(tǒng)的需求可以動態(tài)更新FLASH中的程序。AT89C52中的程序與FLASH中的程序有如下的結(jié)構(gòu)關(guān)系。

圖1 AT89C52與FLASH的程序結(jié)構(gòu)關(guān)系圖

上圖中，通常稱AT89C52中的程序為引導程序，F(xiàn)LASH中的程序稱為加載程序。引導程序應該具有基本的功能，如初始化、系統(tǒng)的公用功能、中斷向量定義等，還要有加載程序的功能（具有串行通信的能力，并對FLASH芯片進行讀/寫操作）。維護時，將.BIN程序文件通過PC機串口發(fā)送給AT89C52，AT89C52接收數(shù)據(jù)并將其寫入到FLASH芯片中，這樣只要更新BIN程序文件就可以對單片機系統(tǒng)的軟件進行維護。

3 硬件結(jié)構(gòu)圖示與說明

硬件電路如圖2示。

圖2 AT89C52與SST29EE010的接口電路

圖2中SST29EE010的22引腳接地址線A15的反，這樣就可以在MCU產(chǎn)生8000H～0FFFFH尋址范圍時選通SST29EE010，相應地對SST29EE010芯片的開鎖與關(guān)鎖寫操作的2AAAH、5555H地址值也要分別加上8000H（有關(guān)SST29EE010芯片的開鎖、關(guān)鎖控制，請參考《單片機與嵌入式系統(tǒng)應用》2003年第8期P31-32）。

SST29EE010空間大小為128K字節(jié)，而AT89C52的最大尋址空間為64K，本文不考慮擴展的問題，直接將高地址A15、A16分別接地，只使用SST29EE010芯片的128K字節(jié)空間中的0000H~7FFFH的32K空間。要利用更多的空間，需要對尋址進行擴展。

4 軟件的設(shè)計與開發(fā)

系統(tǒng)軟件的開發(fā)包括兩個方面：即引導程序的開發(fā)和加載程序的開發(fā)。引導程序的開發(fā)是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要的功能是實現(xiàn)MCU的初始化，存儲器檢查，F(xiàn)LASH可用性檢查，串行通信功能的實現(xiàn)，對FLASH程序的加載以及出錯報警等，引導程序的工作流程如圖3所示。

圖3 引導程序工作流程圖

引導程序中有四個重要部分，AT89C52初始化、串行中斷服務程序以及程序加載指令的實現(xiàn)，以及命令代碼的解析等。在系統(tǒng)沒有加載程序之前引導程序處在等待加載的狀態(tài)，直到加載完成才可能進入正常工作模式，并且在引導程序進入正常工作模式時，也還可以通過調(diào)用程序加載模塊（子程序）進行程序的更新。

由于SST29EE010是以128字節(jié)的頁方式寫入，所以實現(xiàn)加載指令時，對SST29EE010的寫操作以128字節(jié)為分組，不足128字節(jié)的分組填充至128字節(jié)再處理。在加載程序時，主機將加載程序.BIN文件以128字節(jié)為單位分組，并為每個分組加上升級指令代碼和位置參數(shù)后通過串口發(fā)送給MCU，MCU接收數(shù)據(jù)后進行判斷，若是加載指令則將接收的數(shù)據(jù)寫入到參數(shù)指定的FLASH區(qū)，并返回操作代碼；處理流程如圖4所示。

圖4 程序加載的處理流程圖

5 注意事項

在系統(tǒng)設(shè)計與程序設(shè)計過程中需要注意以下幾點：

（1）對FLASH芯片進行讀/寫操作時，將其當作擴展的外部存儲器（用MOVX @DPTR，A指令）；執(zhí)行程序時，將其作為擴展的程序存儲器。

（2）在寫數(shù)據(jù)之前要打開SST29EE010的保護鎖，寫操作完成后要將SST29EE010的保護鎖關(guān)閉，關(guān)鎖之前要有一定的延時（通過需要10ms）。

（3）為了保證整個系統(tǒng)的可用行，需要對加載程序進行可用行檢測機制，最簡單的方法就是為所要加載的.BIN文件增加3字節(jié)的內(nèi)容，在文件前面增加2字節(jié)的.BIN文件長度指示，并在加載程序之后增加1字節(jié)的程序校驗值（如異或值），寫入FLASH中的內(nèi)容如圖5所示。

圖5加載程序的格式與內(nèi)容

（4）為了進一步提高系統(tǒng)的安全性，需要進行相關(guān)的身份認證獲取加載的權(quán)限如口令驗證，否則不予開放加載功能。

（5）還應該添加一些版本控制和校驗功能，進行版本控制，只有在AT89C52與待加載的程序具有相同的版本時才能進行程序加載。

（6）因為加載的程序起始地址從8000H開始，又有2字節(jié)的長度指示，所以在加載程序之前增加“ORG 8002H”偽指令。

6 結(jié)束語

以單片機為基礎(chǔ)的需求越來越多，也就帶來了更多的維護問題。通過上層應用程序維護通常比直接進行單片機底層程序的維護要方便得多！本文基于實現(xiàn)單片機系統(tǒng)在線維護的思想，介紹了一種通過PC機串行接口維護單片機系統(tǒng)的方法，從而為版本管理、程序的動態(tài)維護以及程序存儲器的擴展都提供了十分便利的手段。