利用Flash实现单片机系统的在线维护

1 引 言

单片机应用系统具有结构简单，可靠性高，灵活性强，性能价格比高等特点，如今已被广泛地应用于计算机行业的各个领域。随着单片机应用的推广，相应地带来了单片机系统的维护问题，特别是在相同硬件结构条件下多个版本软件的管理问题，因此实现单片机系统的在线维护是非常必要的。

2 系统设计原理

单片机系统的在线维护有两种情况，一种就是就将系统的程序分成两个部分，并分别装载到单片机的EPROM与FLASH中，如AT89C52等，因为 EPROM一般需要通过专门的编程仪器才能实现编程，所以一般是不能在线更改的；但是由于FLASH可以在线进行改写，通过对FLASH的在线编程就可实现单片机系统的在线维护了。此时的FLASH芯片也可以看成是一个扩展的程序存储器。另一种情况就是具备程序加载功能的芯片，如TMS320VC33、 TMS320F206等，它们在系统启动时从FLASH中加载程序并执行，此时只要动态维护FLASH中程序就可以实现对系统的维护了。

本文以ATMEL公司的AT89C52单片机为例，采用串行通信方式，对单片机系统在线维护的实现进行阐述。在系统中，程序按一定规则分别装载在 AT89C52以及FLASH中，在保持AT89C52中程序不变的情况下，根据系统的需求可以动态更新FLASH中的程序。AT89C52中的程序与 FLASH中的程序有如下的结构关系。

图1 AT89C52与FLASH的程序结构关系图

上图中，通常称AT89C52中的程序为引导程序，FLASH中的程序称为加载程序。引导程序应该具有基本的功能，如初始化、系统的公用功能、中断向量定义等，还要有加载程序的功能（具有串行通信的能力，并对FLASH芯片进行读/写操作）。维护时，将.BIN程序文件通过PC机串口发送给 AT89C52，AT89C52接收数据并将其写入到FLASH芯片中，这样只要更新BIN程序文件就可以对单片机系统的软件进行维护。

3 硬件结构图示与说明

硬件电路如图2示。

图2 AT89C52与SST29EE010的接口电路

图2中SST29EE010的22引脚（信号）接地址线A15的反，这样就可以在MCU产生8000H～0FFFFH寻址范围时选通SST29EE010，相应地对SST29EE010芯片的开锁与关锁写操作的2AAAH、5555H地址值也要分别加上8000H（有关SST29EE010芯片的开锁、关锁控制，请参考《单片机与嵌入式系统应用》 2003年第8期P31-32）。

SST29EE010空间大小为128K字节，而AT89C52的最大寻址空间为64K，本文不考虑扩展的问题，直接将高地址A15、A16分别接地，只使用SST29EE010芯片的128K字节空间中的0000H~7FFFH的32K空间。要利用更多的空间，需要对寻址进行扩展。

4 软件的设计与开发

系统软件的开发包括两个方面：即引导程序的开发和加载程序的开发。引导程序的开发是系统的基础，主要的功能是实现MCU的初始化，存储器检查，FLASH可用性检查，串行通信功能的实现，对FLASH程序的加载以及出错报警等，引导程序的工作流程如图3所示。

图3 引导程序工作流程图

引导程序中有四个重要部分，AT89C52初始化、串行中断服务程序以及程序加载指令的实现，以及命令代码的解析等。在系统没有加载程序之前引导程序处在等待加载的状态，直到加载完成才可能进入正常工作模式，并且在引导程序进入正常工作模式时，也还可以通过调用程序加载模块（子程序）进行程序的更新。

由于SST29EE010是以128字节的页方式写入，所以实现加载指令时，对SST29EE010的写操作以128字节为分组，不足128字节的分组填充至128字节再处理。在加载程序时，主机将加载程序.BIN文件以128字节为单位分组，并为每个分组加上升级指令代码和位置参数后通过串口发送给MCU，MCU接收数据后进行判断，若是加载指令则将接收的数据写入到参数指定的FLASH区，并返回操作代码；处理流程如图4所示。

图4 程序加载的处理流程图

5 注意事项

在系统设计与程序设计过程中需要注意以下几点：

(1)对FLASH芯片进行读/写操作时，将其当作扩展的外部存储器（用MOVX @DPTR,A指令）；执行程序时，将其作为扩展的程序存储器。

(2)在写数据之前要打开SST29EE010的保护锁，写操作完成后要将SST29EE010的保护锁关闭，关锁之前要有一定的延时（通过需要10ms）。

(3)为了保证整个系统的可用行，需要对加载程序进行可用行检测机制，最简单的方法就是为所要加载的.BIN文件增加3字节的内容，在文件前面增加2字节的.BIN文件长度指示，并在加载程序之后增加1字节的程序校验值（如异或值），写入FLASH中的内容如图5所示。

图5加载程序的格式与内容

(4)为了进一步提高系统的安全性，需要进行相关的身份认证获取加载的权限如口令验证，否则不予开放加载功能。

(5)还应该添加一些版本控制和校验