1 引 言
單片機應(yīng)用系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，靈活性強，性能價格比高等特點，如今已被廣泛地應(yīng)用于計算機行業(yè)的各個領(lǐng)域。隨著單片機應(yīng)用的推廣，相應(yīng)地帶來了單片機系統(tǒng)的維護問題，特別是在相同硬件結(jié)構(gòu)條件下多個版本軟件的管理問題，因此實現(xiàn)單片機系統(tǒng)的在線維護是非常必要的。
2 系統(tǒng)設(shè)計原理
單片機系統(tǒng)的在線維護有兩種情況，一種就是就將系統(tǒng)的程序分成兩個部分，并分別裝載到單片機的EPROM與FLASH中，如AT89C52等，因為EPROM一般需要通過專門的編程儀器才能實現(xiàn)編程，所以一般是不能在線更改的；但是由于FLASH可以在線進行改寫，通過對FLASH的在線編程就可實現(xiàn)單片機系統(tǒng)的在線維護了。此時的FLASH芯片也可以看成是一個擴展的程序存儲器。另一種情況就是具備程序加載功能的芯片，如TMS320VC33、TMS320F206等，它們在系統(tǒng)啟動時從FLASH中加載程序并執(zhí)行，此時只要動態(tài)維護FLASH中程序就可以實現(xiàn)對系統(tǒng)的維護了。
本文以ATMEL公司的AT89C52單片機為例，采用串行通信方式，對單片機系統(tǒng)在線維護的實現(xiàn)進行闡述。在系統(tǒng)中，程序按一定規(guī)則分別裝載在AT89C52以及FLASH中，在保持AT89C52中程序不變的情況下，根據(jù)系統(tǒng)的需求可以動態(tài)更新FLASH中的程序。AT89C52中的程序與FLASH中的程序有如下的結(jié)構(gòu)關(guān)系。
圖1 AT89C52與FLASH的程序結(jié)構(gòu)關(guān)系圖
上圖中，通常稱AT89C52中的程序為引導程序，F(xiàn)LASH中的程序稱為加載程序。引導程序應(yīng)該具有基本的功能，如初始化、系統(tǒng)的公用功能、中斷向量定義等，還要有加載程序的功能（具有串行通信的能力，并對FLASH芯片進行讀/寫操作）。維護時，將.BIN程序文件通過PC機串口發(fā)送給AT89C52，AT89C52接收數(shù)據(jù)并將其寫入到FLASH芯片中，這樣只要更新BIN程序文件就可以對單片機系統(tǒng)的軟件進行維護。
3 硬件結(jié)構(gòu)圖示與說明
硬件電路如圖2示。
圖2 AT89C52與SST29EE010的接口電路
圖2中SST29EE010的22引腳（
信號）接地址線A15的反，這樣就可以在MCU產(chǎn)生8000H～0FFFFH尋址范圍時選通SST29EE010，相應(yīng)地對SST29EE010芯片的開鎖與關(guān)鎖寫操作的2AAAH、5555H地址值也要分別加上8000H（有關(guān)SST29EE010芯片的開鎖、關(guān)鎖控制，請參考《單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》2003年第8期P31-32）。
SST29EE010空間大小為128K字節(jié)，而AT89C52的最大尋址空間為64K，本文不考慮擴展的問題，直接將高地址A15、A16分別接地，只使用SST29EE010芯片的128K字節(jié)空間中的0000H~7FFFH的32K空間。要利用更多的空間，需要對尋址進行擴展。
4 軟件的設(shè)計與開發(fā)
系統(tǒng)軟件的開發(fā)包括兩個方面：即引導程序的開發(fā)和加載程序的開發(fā)。引導程序的開發(fā)是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要的功能是實現(xiàn)MCU的初始化，存儲器檢查，F(xiàn)LASH可用性檢查，串行通信功能的實現(xiàn)，對FLASH程序的加載以及出錯報警等，引導程序的工作流程如圖3所示。
圖3 引導程序工作流程圖
引導程序中有四個重要部分，AT89C52初始化、串行中斷服務(wù)程序以及程序加載指令的實現(xiàn)，以及命令代碼的解析等。在系統(tǒng)沒有加載程序之前引導程序處在等待加載的狀態(tài)，直到加載完成才可能進入正常工作模式，并且在引導程序進入正常工作模式時，也還可以通過調(diào)用程序加載模塊（子程序）進行程序的更新。
由于SST29EE010是以128字節(jié)的頁方式寫入，所以實現(xiàn)加載指令時，對SST29EE010的寫操作以128字節(jié)為分組，不足128字節(jié)的分組填充至128字節(jié)再處理。在加載程序時，主機將加載程序.BIN文件以128字節(jié)為單位分組，并為每個分組加上升級指令代碼和位置參數(shù)后通過串口發(fā)送給MCU，MCU接收數(shù)據(jù)后進行判斷，若是加載指令則將接收的數(shù)據(jù)寫入到參數(shù)指定的FLASH區(qū)，并返回操作代碼；處理流程如圖4所示。
圖4 程序加載的處理流程圖
5 注意事項
在系統(tǒng)設(shè)計與程序設(shè)計過程中需要注意以下幾點：
（1）對FLASH芯片進行讀/寫操作時，將其當作擴展的外部存儲器（用MOVX @DPTR，A指令）；執(zhí)行程序時，將其作為擴展的程序存儲器。
（2）在寫數(shù)據(jù)之前要打開SST29EE010的保護鎖，寫操作完成后要將SST29EE010的保護鎖關(guān)閉，關(guān)鎖之前要有一定的延時（通過需要10ms）。
（3）為了保證整個系統(tǒng)的可用行，需要對加載程序進行可用行檢測機制，最簡單的方法就是為所要加載的.BIN文件增加3字節(jié)的內(nèi)容，在文件前面增加2字節(jié)的.BIN文件長度指示，并在加載程序之后增加1字節(jié)的程序校驗值（如異或值），寫入FLASH中的內(nèi)容如圖5所示。
圖5加載程序的格式與內(nèi)容
（4）為了進一步提高系統(tǒng)的安全性，需要進行相關(guān)的身份認證獲取加載的權(quán)限如口令驗證，否則不予開放加載功能。
（5）還應(yīng)該添加一些版本控制和校驗功能，進行版本控制，只有在AT89C52與待加載的程序具有相同的版本時才能進行程序加載。
（6）因為加載的程序起始地址從8000H開始，又有2字節(jié)的長度指示，所以在加載程序之前增加“ORG 8002H”偽指令。
6 結(jié)束語
以單片機為基礎(chǔ)的需求越來越多，也就帶來了更多的維護問題。通過上層應(yīng)用程序維護通常比直接進行單片機底層程序的維護要方便得多！本文基于實現(xiàn)單片機系統(tǒng)在線維護的思想，介紹了一種通過PC機串行接口維護單片機系統(tǒng)的方法，從而為版本管理、程序的動態(tài)維護以及程序存儲器的擴展都提供了十分便利的手段。
參考資料
［1］ 張友德，趙志英，涂時亮。單片微型機原理、應(yīng)用與實驗．上海：復旦大學出版社，2000
［2］ 李朝青.PC機及單片機數(shù)據(jù)通信技術(shù)，北京：北京航空航天大學出版社，2001
［3］ 余永權(quán).ATMEL89系列單片機應(yīng)用技術(shù)，北京：北京航空航天大學出版社，2002