一种基于单片机的医用灭菌器控制系统设计

1　软件无线升级系统方案

基于无线通信的远程监控系统(如远程电网质量监控系统、水情测报系统和城市路灯监控系统等)应用越来越广泛，而在实际使用过程中，由于需求的变化，经常要对其终端设备软件进行修改或升级。一般情况下，无线监控系统与终端距离较远，终端分散且工作环境较差。如果维护人员到现场进行软件升级，不但维护费用很高，而且还可能使终端设备长时间不能正常工作。

为解决这一难题，本文提出一种利用ST公司的STR710FZ2T6作为终端微控制器，融合IAP(In Application Programming，在应用编程)技术和GPRS无线网络通信技术的软件升级系统方案。软件无线升级系统整体框图如图1所示。

　　图1　软件无线升级系统整体框图

2　系统硬件和软件设计

2.1　硬件设计

本文选用的是ST公司的一款工业级微控制器STR710FZ2T6。它是基于ARM7TDMI的32位RISC CPU，拥有丰富的外设和增强的I/O功能，并提供高达33 MHz的直接存取速度以及50 MHz零等待状态的序列闪存;具有(256 KB+16 KB) Flash 和64 KB SRAM，内部Flash可重复擦写10万次，数据保持20年，支持自编程;外部存储器接口(EMI)可支持4个SRAM、Flash、ROM等存储类型;芯片有多种boot方式。另外，STR710FZ2T6能够通过运行在Flash中的程序来对自身的Flash进行更新。这个功能使其能够通过CAN、UART、USB、无线通信等接口将程序下载到自身的Flash中。

系统结构如图2所示。根据微控制器STR710FZ2T6的特点以及无线监控终端的功能要求，硬件设计包括由电源电路、复位电路、JTAG接口电路、晶振电路组成的芯片工作最小系统，以及在最小系统上扩展的串行接口模块、外存储器模块、数据显示模块、数据采集模块和SIM300 GSM/GPRS通信模块。其中,扩展的外存储器包括SST公司的具有16位数据宽度的Flash存储器SST39VF1601和ISSI公司的SRAM存储器IS61LV25616AL。

　　图2　软件无线升级系统结构框图

2.2　终端软件设计

系统终端软件的设计包括终端引导程序设计和终端应用程序的设计。引导程序和应用程序在STR710FZ2T6中所存放的位置不同。将启动模式配置为从片内Flash引导之后，系统终端微控制器将复位，启动之后先执行引导程序。引导程序在执行过程中决定是否启动IAP升级程序;应用程序实现终端的各种功能，如命令和数据的接收、发送，以及新版本应用程序升级包的下载。

2.2.1　终端引导程序设计

系统设计时，终端引导程序通过JTAG接口烧写到STR710FZ2T6的Flash扇区起始位置(0x40000000)处。整个引导程序占用Flash的前两个扇区，通过启动模式的选择，将这块Flash映射到0x00000000，保证系统上电后自动运行引导程序。终端重新启动时，STR710FZ2T6从0x40000000地址开始读取指令并执行。

经过实验证明：将IAP升级程序存放在用户引导部分是非常合理的，能够避免由于应用程序升级失败而造成的系统崩溃。由于终端引导程序在产品出厂前固化，若Flash编程失败，微控制器将重新启动，IAP程序利用存储器SST39VF1601中保存的最新版本的应用程序，重新对Flash进行编程。由于引导程序有多次编程Flash扇区的能力，系统应用程序代码的完整性以及应用程序升级的可靠性才得以保证。引导程序流程如图3所示。

　　图3　终端引导程序流程

终端引导程序的主要函数说明：

① main()主函数。用于初始化UART接口，PLL设定等，根据升级标志和新版本号判断是否继续执行IAP。若升级标志置位，且新版本号大于当前的版本号，则启动IAP升级程序，否则运行终端应用程序。

int __main(void)

② 对片内Flash进行初始化操作。

void FLASH_Init(void)

③ 从第二扇区算起，计算代码需要的扇区数。

u32 FLASH_SectorMask(vu32 Size)

④ 将新代码需要的扇区去掉写保护，为扇区擦除做准备。

void FLASH_WritePrConfig(u32 Xsectors，FunctionalState NewState)

⑤ 将新代码需要的扇区进行擦除，为写做准备。

void FLASH_SectorErase(u32 Xsectors)

⑥ 将新代码写入Flash扇区中。

void FLASH_WordWrite(u32 XtargetAdd，u32 Xdata)

2.2.2　终端应用程序设计

终端应用程序设定的起始地址是STR710Z2T6的0x40004000处，并可占用之后的整个Flash空间。终端应用程序不但完成日常各项工作任务，而且还负责接收监控中心服务器发送的应用程序升级命令。当收到升级命令后，终端回应服务器此时若接收升级代码，则应用程序将升级包按照帧的方式通过GP