MSP430程序升級(jí)方式探討

    對(duì)MSP430系列單片機(jī)進(jìn)行編程的方式有以下3種：利用JTAG接口，利用BSL固件和利用用戶自定義的升級(jí)固件。由于利用自定義升級(jí)固件進(jìn)行程序升級(jí)的方式比較靈活，且用途廣泛，因此本文將對(duì)其作重點(diǎn)介紹。

1 利用JTAG接口

    MSP430系列的單片機(jī)都集成了JTAG接口，該接口實(shí)現(xiàn)了遵循IEEE STD1149．1規(guī)定的測(cè)試訪問(wèn)端口狀態(tài)機(jī)(TAP Controller)。它使用一個(gè)4線串行接口(TEST用于引腳較少的芯片)。數(shù)據(jù)或指令從TDI(測(cè)試數(shù)據(jù)輸入)移入；串行數(shù)據(jù)從TDO(測(cè)試數(shù)據(jù)輸出)移出；TCK(測(cè)試時(shí)鐘)作為時(shí)鐘信號(hào)輸入；TMS(測(cè)試模式選擇)信號(hào)控制TAP控制器的狀態(tài)。利用該接口可移入指令和數(shù)據(jù)，從而控制目標(biāo)芯片的地址線和數(shù)據(jù)線，達(dá)到讀／寫(xiě)目標(biāo)芯片F(xiàn)lash和仿真調(diào)試的目的。另外，TI公司推出了新型的調(diào)試接口——SPY-BI-WIRE。它采用兩線制，一根為數(shù)據(jù)線(雙向)，另一根為時(shí)鐘線。

    利用該接口的優(yōu)點(diǎn)是，無(wú)須設(shè)計(jì)額外的電路和程序，采用仿真器即可下載程序。缺點(diǎn)是一旦用戶為了保證代碼的安全，燒斷了JTAG的熔絲，那么就永久性地破壞了該接口，也就不能再使用該接口了。

2 利用BSL固件

    BSL是Bootstrap Loader的縮寫(xiě)，中文名稱(chēng)是“程序裝載器”。它實(shí)質(zhì)是固化在芯片中的一段通信程序(占用OC00h～1000h的地址空間)，利用它可實(shí)現(xiàn)對(duì)Flash的擦除和讀／寫(xiě)。由于它是固化在芯片中的，因此不必?fù)?dān)心被更改或丟失。

    該接口使用5根線：GND、TX(P1．1／P1．0)、RX(P2．2／P1．1)、RST和TCK(TEST)。在RST和TCK(TEST)上加特定的電平時(shí)序信號(hào)，即可啟動(dòng)BSL程序，從而實(shí)現(xiàn)與目標(biāo)芯片的通信。通信的字符格式是8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)停止位和1個(gè)偶校驗(yàn)位。起始波特率為9 600 bps(BSL 1．6版本可更改為38 40O bps)。BSL協(xié)議要求首先接收一個(gè)80h字符用于同步時(shí)鐘；然后發(fā)送應(yīng)答字符90h；最后接收8個(gè)字符，并根據(jù)命令跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理例程。BSL程序的C語(yǔ)言描述如下：
   

    其實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)可能因版本不同而有所變化。若用戶想利用它來(lái)實(shí)現(xiàn)程序升級(jí)，則可見(jiàn)參考文獻(xiàn)[2]和[3]。利用BSL程序進(jìn)行升級(jí)，優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省代碼空間，用戶無(wú)須實(shí)現(xiàn)自己的升級(jí)固件，而且現(xiàn)在已有很多現(xiàn)成的BSL升級(jí)工具；缺點(diǎn)是須預(yù)留BSL接口，且需要現(xiàn)場(chǎng)接線。{{分頁(yè)}}

3 利用用戶自定義升級(jí)固件

    MSP430系列單片機(jī)的Flash存儲(chǔ)器模塊是一個(gè)可獨(dú)立操作的物理存儲(chǔ)單元。全部模塊安排在同一個(gè)線性地址空間中，存儲(chǔ)器被分為多個(gè)512字節(jié)的段(信息段大小為128／64字節(jié))。各段可單獨(dú)擦除，并且在正常工作電壓下程序可對(duì)Flash進(jìn)行擦寫(xiě)操作，因此特別適合在線程序升級(jí)(In Systerrl Programming)。

    自定義升級(jí)固件就是在程序中內(nèi)置一段用于升級(jí)應(yīng)用程序的代碼，即可利用現(xiàn)有通信接口進(jìn)行遠(yuǎn)程代碼的升級(jí)。其實(shí)現(xiàn)原理是在目標(biāo)芯片中放置兩段代碼：一段為應(yīng)用程序；另一段為升級(jí)程序。兩者的地址段不重疊，這樣就可以利用升級(jí)程序擦除應(yīng)用程序，并寫(xiě)入新的代碼。

3．1 引導(dǎo)程序

    復(fù)位后先進(jìn)入引導(dǎo)程序，由它來(lái)決定進(jìn)入升級(jí)程序或應(yīng)用程序。引導(dǎo)程序的意義在于當(dāng)應(yīng)用程序不存在或出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)能直接進(jìn)入升級(jí)程序，從而保證若升級(jí)不成功則可進(jìn)行再次升級(jí)。

    引導(dǎo)程序的描述如下：

   
    其中：ResetVectorvalid()函數(shù)用于檢測(cè)應(yīng)用程序是否存在或是否有效。實(shí)現(xiàn)可以檢測(cè)EnterApplication的入口地址是否合法，一種簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)是：

#define ResetVectorValid() (RcsctVector!=FFFF)

其中：ResetVetor為應(yīng)用程序的入口地址，該地址通常放在一個(gè)固定的地址中，升級(jí)程序后再修改該入口地址。Application()為應(yīng)用程序，它若正常執(zhí)行則不會(huì)返回，只有在接收到升級(jí)指令后才返同?？稍贏pplication()中使用return語(yǔ)句進(jìn)入升級(jí)程序。

    Updata()為升級(jí)程序，其入口處必須加檢測(cè)指令，以確認(rèn)正常進(jìn)入升級(jí)程序。進(jìn)入升級(jí)程序后，通信端應(yīng)先發(fā)送擦除指令，擦除原有代碼；然后發(fā)送升級(jí)代碼更新Flash。如果具有外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器或用戶程序較小，那么可先接收整個(gè)程序段，若校驗(yàn)正確再寫(xiě)入，這樣可靠性會(huì)更高。

    這里有個(gè)策略就是，最先擦除包含ResetVector的塊，最后寫(xiě)入Resetvector的值，這樣可以盡量保證不會(huì)進(jìn)入不完整的應(yīng)用程序。{{分頁(yè)}}

3.2 應(yīng)用程序的編寫(xiě)

    應(yīng)用程序的編寫(xiě)投有大的變化，只需在通信協(xié)議中加入自定義的一個(gè)升級(jí)命令，以進(jìn)入升級(jí)程序。另外，須更改鏈接文件(*.XCL)，指定應(yīng)用程序的地址范圍。地址范圍為2500h～F7DCh的應(yīng)用程序如下(用／／注釋掉的為默認(rèn)設(shè)置)：
   

    修改完畢后將該文件添加到工程中。編譯后的代碼即可作為升級(jí)代碼。

3．3 升級(jí)程序的編寫(xiě)

    新建一個(gè)工程，按上述方法將升級(jí)代碼定位到與應(yīng)用程序不重疊的區(qū)域(如F800h～FFFFh)，此時(shí)不修改：一Z(CONST)INTVEC=FFE0-FFFF

    在升級(jí)程序中，將除復(fù)位中斷外的所有中斷映射到應(yīng)用程序中。一種方法是嵌入?yún)R編，采用匯編的定位指令ORG；另一種是寫(xiě)15個(gè)中斷映射函數(shù)。例如：

//重新映射中斷向量地址

    另外也可采用動(dòng)態(tài)確定中斷入口地址的方法，即將中斷向量地址放入約定好的RAM中。例如：

   
    然后在應(yīng)用程序中進(jìn)行中斷向量的映射，例如：mtvecl[TIMERA0_VECTOR/2]=Timer_A_O；即在TIMERA0中斷時(shí)執(zhí)行Timer_A_0()函數(shù)。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是可在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)決定中斷函數(shù)的入口，如高級(jí)語(yǔ)言中的虛函數(shù)(Virtual Function)。{{分頁(yè)}}

    這兩個(gè)函數(shù)塊編寫(xiě)完畢后即可進(jìn)行工程測(cè)試。

3.4 應(yīng)用程序與升級(jí)程序同時(shí)完成

    如果需要兩個(gè)函數(shù)在一個(gè)工程里完成，那么除了修改鏈接文件外，還須注意以下幾點(diǎn)：

    ①將升級(jí)程序的所有函數(shù)定位到升繳程序空間，即在甬?dāng)?shù)前面加如下定位指令：

    #pragma locanon="UPDATECODE"
                    //UPDATECODE為升級(jí)程序所在段的名稱(chēng)

    ②修改函數(shù)返回調(diào)用的例程。當(dāng)函數(shù)返回時(shí)會(huì)調(diào)用彈出寄存器的默認(rèn)例程，而這些例程可能并不在升級(jí)程序的地址空問(wèn)內(nèi)。一種解決方法是利用編譯環(huán)境生成的LST文件(匯編代碼)，逐個(gè)修改函數(shù)返回時(shí)調(diào)用的彈出寄存器例程，即可保證兩者代碼獨(dú)立。這樣做的缺點(diǎn)是每次更改C語(yǔ)言代碼后，須重新修改匯編代碼，比較繁瑣。另一種方法是考慮到升級(jí)程序的工作就是接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，一般無(wú)須使用中斷。這樣就可以在升級(jí)函數(shù)前加入一monitor編譯指令．指明該函數(shù)為原子操作。這類(lèi)函數(shù)入口處先壓入SR并禁止中斷，返回時(shí)使用RETI返回。此時(shí)編譯器并不調(diào)用例程彈出保存的寄存器，而是根據(jù)進(jìn)棧情況逐個(gè)彈出寄存器。

    ③更改switch語(yǔ)句。使用switch語(yǔ)句時(shí)編譯器也會(huì)產(chǎn)生默認(rèn)例程調(diào)用。很難屏蔽掉，故只有將switch修改為多個(gè)判斷語(yǔ)句。

結(jié)語(yǔ)

    本文對(duì)MSP430系列單片機(jī)的升級(jí)方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹，讀者只須按照一定步驟，即可輕松實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程程序升級(jí)，這在實(shí)際應(yīng)用中具有重要意義；而且本文的升級(jí)方法并不僅限于MSP430系列，也可應(yīng)用到類(lèi)似的單片機(jī)系列中。