8051單片機在線升級軟件的方法

本文通過對8051單片機的特點分析，提出了一種低成本的方法，使其軟件可以利用系統(tǒng)已有的通信鏈路在線升級。

1 基本原理

類似于其他引導裝載升級程序的方法，在系統(tǒng)中必須始終存在一段用于程序裝載的代碼（bootloader），該代碼在啟動時被運行。其基本功能是根據(jù)外部條件來判斷是運行現(xiàn)有版本的程序還是從主機下載新程序。8051具有選擇執(zhí)行片內(nèi)或者片外程序的功能，而對片內(nèi)E2PROM編程過程相對比較復雜，因此這里將程序引導裝載代碼燒結(jié)在內(nèi)部程序空間中，并不準備改變；而將系統(tǒng)應用程序存放在片外一編程相對簡單和獨立的E2PROM內(nèi)，是隨時可以更新的部分。通過外圍電路的支持，單片機上電復位時首先執(zhí)行片內(nèi)的裝載程序，如圖1所示。該裝載代碼將應用程序從E2PROM拷貝到外部存儲器（RAM）中以備執(zhí)行，同時還通過通信接口監(jiān)系統(tǒng)程序裝載執(zhí)行過程聽主機命令。當收到主機更新程序的請求后，立即接收新的應用程序內(nèi)容，并在最終確認后寫入擴展E2PROM內(nèi)。當片內(nèi)程序執(zhí)行完畢后，系統(tǒng)軟件復位并執(zhí)行片外RAM中的程序，而RAM的內(nèi)容正是由裝載所決定的。如果CPU再次復位，那么將重復上述裝載執(zhí)行過程。

值得注意的是，在對外部程序存儲器訪問時，8051單片機只提供讀指令（MOVC）而并不具備寫指令。但是從單片機對外部程序和數(shù)據(jù)存儲器的訪問時序上看具有一致性，不同的是讀代碼使用PSEN信號而讀數(shù)據(jù)使用RD信號。同時，單片機的PSENpRD和WR信號不會同時有效，因此將PSEN和RD邏輯合并后，可以使程序和數(shù)據(jù)合二為一讀寫成為可能。這樣同一個地址單元RD、WR（MOVX）和PSEN（MOVC）均可以進行訪問。單片機可以使用MOVX寫指令來更改相當于其外部程序空間中的內(nèi)容。特別要注意的是，當程序和數(shù)據(jù)共存于一片RAM中時，必須使用編譯器提供的相關連接命令使數(shù)據(jù)區(qū)偏離代碼可能占用的區(qū)域，否則會導致系統(tǒng)混亂。

2 硬件電路

硬件參考電路如圖2所示。系統(tǒng)加電后，由于C3兩端電壓不能瞬變，使D觸發(fā)器置1端保持一短暫低電平，強制將單片機EA信號置高。在U4看門狗上電復位信號撤銷后，單片機開始從內(nèi)部程序空間0地址起執(zhí)行。內(nèi)部裝載程序先通過P1.4、P1.5模擬I2C總線時序從E2PROMU3中將應用程序代碼拷貝到片外RAM從0地址起的空間中。如果到代碼拷貝結(jié)束串行口一直沒有收到預定的程序下載命令，則通過軟件置低P1.6口觸發(fā)看門狗芯片對單片機復位，在復位脈沖的上升沿，D觸發(fā)器鎖存其輸出的信號使EA電平翻轉(zhuǎn)為低電平。待復位信號撤銷后，單片機開始執(zhí)行位于外部程序空間的系統(tǒng)應用程序代碼。在執(zhí)行外部程序時，如果看門狗再次復位，EA將會恢復高電平并重新執(zhí)行內(nèi)部裝載程序。

圖2 引導裝載電路

當上位機欲更改終端設備程序時，可通過串口向其發(fā)送特定的握手字符串，無論片外程序還是片內(nèi)程序最好都能識別該字符串并且復位單片機（如果是正在運行外部程序）執(zhí)行內(nèi)部裝載程序。裝載程序就緒后向上位機發(fā)送確認回應，并接收來自上位機的程序代碼。單片機通過置低P1.3允許E2PROM寫操作，將新的內(nèi)容寫入E2PROM中，完成程序的更新。