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C8051F130的远程在线升级程序设计

时间:06-03 来源:互联网 点击:
本文详细介绍了在某直放站监控系统中实现的基于C8051F130 的远程在线程序升级系统的设计思路和方法。并提出了一些实际编程中需要注意的问题如KEIL 中程序的定位和C8051F130 程序切换时的PLL 设置等。

1. 引言

目前,采用FLASH 存储介质来作为程序存储器的单片机种类越来越多。和其他类型如OTP、EPROM 型单片机比较起来,FLASH 具有可擦写方便,次数多,编程无需外加高电压等特点。绝大多数FLASH 型单片机都可在运行时通过指令来直接擦写内部FLASH,提供了IAP、ISP 功能,借助这个功能,就可以实现系统底层固件的在线升级功能。

C8051F130 单片机是SILICON LABS推出的完全集成的混合信号片上系统型MCU 芯片,功能十分强大。其采用高速、流水线结构的8051 兼容的CIP-51 内核,内部PLL可倍频至100MIPS,具有2个串口,128KB 可在系统编程的FLASH 存储器,8448(8K+256)字节的片内RAM,并包含了片内JTAG 调试电路。其功能完全满足实现远程在线程序升级系统的条件。

在专用网络系统中实现远程在线程序升级,其优点显而易见,不仅极大的为系统维护提供了方便,还节省了大量的人力财力。本文详细介绍了在某直放站监控系统中实现的基于C8051F130的远程在线程序升级系统的设计思路和方法。

2. 设计思路

系统组网拓扑结构如图1 所示,正常工作时,网管中心通过有线或无线通道对所属各站点下位机状态进行监控。网管中心通过查询各站点下位机参数得到下位机固件版本号,如果固件版本号和现有最新固件版本号不同,则直接发送第一帧程序升级数据启动远程程序升级过程。因为监控系统需要实时工作,所以程序的升级也就必须在站点下位机系统工作过程中完成。在网管中心发送程序升级数据的过程中,站点下位机系统依然正常工作,只有全部接收完程序升级数据并校验通过后,才跳转到Bootloader 程序进行程序升级。



下位机硬件框图如图2 所示,CPU 选择C8051F130,其他部分包括控制输入输出部分,人机接口电路,RS232 接口,EEPROM 器件24C16 等。RS232 接口作为系统的通讯接口可以外接电话MODEM或短信MODEM 等标准模块,和网管中心组成有无线网络,其所采用的具体形式不影响本文所述的远程升级系统。EEPOM 器件24C16 由于可擦写次数比FLASH 多,用来存储系统的关键参数。



由于51 系列单片机外部总线地址为16 位,能直接寻址的最大范围为64KB,所以C8051F130 将内部的128KB FLASH 程序存储空间被分成了4 块,BLOCK0、BLOCK1、BLOCK2、BLOCK3。每块大小为32KB,0x0000~0x7FFF 地址空间始终为BLOCK0,作为公共段。可以通过设置程序存储器空间块选择寄存器PSBANK 来选择常量操作和取指操作地址在0x8000 ~0xFFFF 所指向的块。



COBANK:常量操作存储块选择位。

这两位选择常量操作(MOVC 和FLASH MOVX)地址在0x8000 ~0xFFFF 范围的FLASH 存储块。

00:常量操作指向存储块0(注意,块0 也映射到地址0x0000 ~0x7FFF)。
01:常量操作指向存储块1。
10:常量操作指向存储块2。
11:常量操作指向存储块3。

IFBANK:取指操作存储块选择位这两位选择取指操作(地址在0x8000 ~0xFFFF 范围)的FLASH 存储块。这两位只能由位于BLOCK0 的程序改写。

00:从存储块0 取指令(注意,块0 也映射到地址0x0000 ~0x7FFF)。
01:从存储块1 取指令。
10:从存储块2 取指令。
11:从存储块3 取指令。

FLASH 的设计分配方案如下:



BLOCK0、BLOCK1 作为默认的64KB 程序存储区空间,存储正常工作时的固件程序。我们所使用的程序不会超过60KB,0x0000~0xEFFF 地址区60KB 空间用于存储系统主程序,0xF000~0xFFFF 地址地址区4KB 空间用于存储Bootloader 程序。

BLOCK2、BLOCK3 作为64KB 常量存储区,用于存储系统运行过程中接收到的程序升级数据。

如果要远程对某指定站点的固件进行升级时,网管中心对该站点分帧发送程序升级数据,升级数据协议格式如下:



网管中心发送程序升级数据帧时,每帧数据大小固定为512 字节,帧序号从1 开始。从功能标志处起到数据部分最后一字节做累加和作为校验码。最后一帧不足512 字节部分加0xFF 补足。在发送过程中,由于每帧数据以0x1002 开始,0x1003 结束,中间碰到0x10 时,要再补发0x10。接收时除了帧头帧尾,在帧中间时如果连续接收到两个0x10,则需要去掉一个。

指定站点在成功接收完一帧程序升级数据后,如果校验通过则擦除对应的BLOCK2 或者BLOCK3中的扇区。这里需要注意的是,C8051F130 的FLASH 扇区大小是1024 字节,而我们的数据帧大小定为512 字节,所以应该接收到每两帧数据才擦除对应的扇区。将程序升级数据写入FLASH 中,同时对每帧512 字节的程序升级数据做累加,并将其累加和作为校验码写入EEPROM 指定位置,最后给出正确回应。如果校验错误,则回应错误。网管中心接收到错误回应时应该重发上一帧数据,否则继续发送下一帧数据。如果帧序号等于总帧数,说明指定站点接收到最后一帧数据,置需要进行程序升级标志,此标志至关重要,因此将其存储在EEPROM 中,为增加其可靠性,另外还存储其反码作为校验,
然后直接跳转Bootloader 程序,以升级主程序。



程序跳转到Bootloader 程序执行后,首先必须要检查程序升级标志,如果为真,再检查其校验码,只有两者都符合预设的值,才认为确实需要进行程序升级。否则跳转到主程序区执行。

程序升级过程如下:首先读出24C16 中存储的程序升级数据的总帧数,为防止写入到BLOCK2/3中的程序升级数据有错误,从BLOCK2/3 中读出每一帧512 字节的数据进行累加,检查其是否和存储在24C16 中的对应数据帧的累加校验码相等。如果所有的的程序升级数据校验都通过,则说明数据正确,开始擦除主程序区FLASH,并再次读出BLOCK2/3 中的程序升级数据写入主程序区FLASH。完成后擦除程序升级标志,跳转到主程序区开始执行新版本固件程序。在读出校验过程中,只要有一帧数据校验通不过,则认为写入到BLOCK2/3 的程序升级数据发生错误,为保证系统安全,擦除程序升级标志,跳转到主程序区执行原版本程序,并等待下一次升级。

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