C8051F单片机的软件IAP技术

引言

C8051Fxxx系列高速SoC单片机是由美国Cygnal公司开发的完全集成的混合信号系统级芯片，具有与8051兼容的微处理器内核。C8051Fxxx单片机有大容量的Flash存储器，用于存储程序代码和非易失性数据，可在应用编程。以 C8051F120为例，C8051F120x 和C8051F13x 系列MCU 内部有128 KB（C8051F12x 和C8051F130/1）或64 KB（C8051F132/3）的在应用可编程Flash 存储器，用于程序代码和非易失性数据存储；另外还有256字节的Flash页，可以用于数据存储。可以通过JTAG接口对Flash存储器进行在应用编程，或由应用软件使用MOVX 指令编程。用C8051F120 MCU做成的产品到了用户处之后，用软件通过串口就可以为产品进行Flash程序的更新。笔者通过实验，在用户操作界面的PC机及C8051F120的单片机控制系统之间，通过串行口进行C8051F120 单片机控制程序的自动升级及程序加密。用户只要从互联网上下载控制程序，即可实现单片机程序的自动升级。该方案解决了升级过程意外中断、远程升级传输误码等关键技术问题,避免了传统固件升级需要更换主机、主板或芯片等问题,节约了人力和资金等资源,已在实际系统中应用并受到用户好评。以下以64 KB Flash为例，简要介绍单片机目标程序的准备及自动升级的制作过程。

1  自动升级的实现方法

C8051Fxxx系列单片机将Flash程序区按512字节为一页(page)来组织。在删除控制程序区时，首先屏蔽所有中断，使能程序删除位 PSEE(PSCTL.1)，同时使能PSWE(PSCTL=0x03， 即PSWE = 1, PSEE = 1,页擦除模式) ，用C51语言的一个指针指向Falsh程序区。如：

　　char xdata * data address=0x0000;

每擦除一页地址指针加512，依此操作可删除所有的程序页。删除部分程序如下：

　　while(address<0x0F800) {//0xF800=62KB
　　　　*address = 0x00; //向扇区空写，启动擦除操作
　　　　for (i=0;i<10;i++);
　　　　address =address +512;
　　}

这样就把62 KB的Flash的旧程序删除了。实际上就是应用汇编语言中MOVX指令在每一页的任一地址写0FFH，就可以将该页的所有字节都置为0FFH，从而实现了该页的删除。

擦除掉所选的区域后要关掉对Flash的写操作，否则可因其他环境造成程序的丢失：

　　PSCTL &= ~0x03;// PSWE = 0; PSEE = 0
　　FLSCL&=~0x01;//关闭Flash写/擦除

1.1  更新程序的方法

在接收新程序部分，写入一握手程序块，以保证程序的可靠性。握手的协议可自己定义，其中包括一些需要知道的信息，如长度、头部、尾部等。

同样，“char xdata *data address=0x0000;”指向要写的区域。

　　 FLSCL |= 0x01;//使能Flash写/擦除
　　PSCTL |= 0x01; // PSWE = 1

然后通过串口用查询的方法获得新的程序代码。

　　while(len--) {
　　　　*address++= Get_COM_Code();
　　}
　　PSCTL=00; // PSWE = 0; PSEE = 0
　　FLSCL =00;

1.2  运行新程序

在更新完程序后，有两种方法可以重新运行程序；断电再上电和软件复位。 C8051F120内部有复位寄存器，通过使能该寄存器，可以实现软件复位。

　　 RSTSRC=0x10;//实现软件复位
　　Jmpmain（）；

对RSTSRC的写操作均用直接赋值方式完成（如RSTSRC = 0x02）,不能用读/写指令（如ORL或ANL）来完成。例如，代码“RSTSRC |= 0x02”就是非法的。为保证完美的复位，在设置了复位寄存器后笔者还添加了汇编复位程序，以做到万无一失。

　　Jmpmain:
　　LJMP 0000H
　　RET

这样通过一条长跳转指令跳到程序区最开始的位置。在C中调用汇编程序的方法请参考其他文档。

2  引导区的编译

作为程序引导区的程序，平时不参与主程序的执行。而主程序主要用于和用户操作界面PC 机部分进行握手，当接收到PC 机部分要进行软件升级的命令时，程序跳至引导程序区，执行如下流程：

发送准备升级字节到PC 机→删除Flash 程序区→发送开始下载命令到PC 机→接收且放到相应地址。


图1  主程序流程

主程序流程如图1所示。引导区的程序要固定在一个位置，并单独编译，由 JTAG下载到MCU中。引导区的程序不能编译分配Flash地址。笔者使用的Keil编译器是一个很简单、易用的编译器。在Keil中，定位升级程序位置的实现方法非常简单，通过修改其Project菜单下的Options for target一项就可以了。

在本程序中，引导区的程序定义在62 KB之后的位置。

编者注： 硬件接口和主从机程序见本刊网站www.mesnet.com.cn。

3  注意的问题

① 使用内部振荡器，这样能提高系统时钟的抗干扰能力。
② 使用Flash时会限制执行写操作的速度。完成1个字节的操作最长需要40 μs ，所以最好选用9 600的波特率。
③ 减少将PSWE置1的指令操作。理想的情况是只有2个操作会将PSWE置1，即写1个Flash字节和擦除1个Flash字节。
④ 将Flash写/擦除指针指向data或idata区。
⑤ 引导区的程序应该以512字节为边界。
⑥ 升级用的HEX程序必须由PC机上的软件转化为BIN文件。
⑦ C8051F120 MCU程序的操作最大特点是：在配置寄存器时能切换到该寄存器所在的页。
⑧ 引导区的程序在擦除或者写时，不可以开中断，且要关掉所有中断。