TI公司的MSP430系列單片機是具有很高實用性價值的產(chǎn)品,，在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用,，特別是它的超級低功耗特性，是目前所有其他單片機無法比擬的,。IAP(InApplication Programming)是用戶自己的程序在運行過程中對用戶Flash的部分區(qū)域進行燒寫,，目的是為了在產(chǎn)品發(fā)布后可以方便地通過預(yù)留的通信口對產(chǎn)品中的固件程序進行更新升級。
要實現(xiàn)IAP功能,，通常需要在設(shè)計固件程序時編寫兩個項目代碼：第一個項目程序不執(zhí)行正常的功能操作,，而只是通過某種通信管道(如USB、USART,、一些無線設(shè)備)接收程序或數(shù)據(jù)(可執(zhí)行HEX文件),，執(zhí)行對第二部分代碼的更新；第二個項目代碼才是真正的功能代碼,。這兩部分項目代碼同時燒錄在用戶Flash中,，當(dāng)芯片上電后，首先是第一個項目代碼開始運行,，再去更新第二段代碼,。
根據(jù)IAP的特性，以及MSP430系列沒有自帶IAP功能的特點,，必須自行編寫IAP程序來進行片內(nèi)Flash的燒寫,，這樣才能達(dá)到升級的目的。以下將詳細(xì)介紹如何進行IAP升級設(shè)計,。
系統(tǒng)設(shè)計的總體構(gòu)想是,，通過無線的方式，將需要升級的二進制文件直接下載到相應(yīng)的地址空間,，然后讓單片機系統(tǒng)自動執(zhí)行IAP升級,。
這里的重點是要編寫一個“螞蟻搬家”代碼,，因為它不是在MSP4 30F149片內(nèi)Flahs區(qū)里運行的,，而是在設(shè)定的RAM區(qū)運行。RAM空間有限,，所以用匯編代碼編寫(推薦,，也可以用C語言寫,，然后再精簡為匯編語言)，不能有堆棧的操作,，代碼不能超過2 KB,。
1 硬件設(shè)計
(1)系統(tǒng)主芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
首先簡單介紹一下MSP430F149的內(nèi)部存儲地址結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示,，這樣有助于對它進行IAP的升級設(shè)計,。
由圖1可以看出，ROM和RAM同一個地址空間,，尋址空間為64 KB,，采用馮·諾依曼結(jié)構(gòu)，使用一組地址數(shù)據(jù)總線,，地址為0000H～FFFFH,，RAM地址區(qū)域為0200H～09FFH，代碼區(qū)ROM為1000H～FFFF,。
(2)外擴的Flash芯片結(jié)構(gòu)
為了能夠?qū)⒁壍奈募?一般是IAR編譯出來后,，要經(jīng)過第三方軟件換為二進制文件)先保存在一個地方，系統(tǒng)必須外擴1片F(xiàn)lash(當(dāng)然也可是其他介質(zhì)),。由于MSP430F149系列單片機的SPI接口有2個,，因此選擇了具有SPI接口的Flash芯片，如SST25VF016(16 Mb)等系列,。該芯片電壓為2．7～3．6 V,，剛好符合MSP系列單片機低功耗電壓的要求，操作指令非常簡單,。外擴Flash硬件框圖如圖2所示,。根據(jù)保存數(shù)據(jù)的要求，可以設(shè)計為多片,，使保存的空間更多,。在軟件設(shè)計時，設(shè)計好存放升級文件的首地址和該文件的大小,。在MSP430F149系列中,，該文件一般大小為64 KB。
(3)存儲空間地址劃分
為了能詳細(xì)清晰的說明,，可以把HEX文件保存在SST25VF016的開頭地址上,，即地址從0x000000～0x010000即可。當(dāng)然也可以根據(jù)項目要求,，自定義空間地址,。
2 通信傳輸
對于如何將編譯好的可執(zhí)行文件(BIN文件)從第三方下載到相應(yīng)的外擴存儲空間里，這里主要推薦幾款無線遠(yuǎn)程升級方案：
①無線GPRS方案,，優(yōu)點是可以遠(yuǎn)程控制下載,；缺點是GPRS需要收費,，而且是一卡對應(yīng)一設(shè)備(在即將解決費用問題的同時,，這也許是未來發(fā)展的趨勢),。
②紅外線方案,，現(xiàn)在很多的PDA都帶有該功能,，在該單片機的系統(tǒng)加接一個紅外模塊，并且在PDA上寫個小軟件,，就可以輕松地將升級文件下載到外擴的Flash指定的位置,；缺點是需要人員到現(xiàn)場作業(yè)。
?、鬯{(lán)牙技術(shù)方案,，這個技術(shù)和紅外線技術(shù)類似，優(yōu)點是數(shù)據(jù)傳輸沒有方向性,，速度較紅外線快得多,。
其他不一一介紹，希望讀者能有更多的升級方案,。為了簡要說明,，這里用紅外線方案作為下載升級軟件的媒體介質(zhì)，其他無線或者有線的媒體介質(zhì),，其原理都一樣,，讀者可以根據(jù)自己的項目自行選擇。
3 軟件設(shè)計
首先假設(shè)已經(jīng)將要升級的文件下載到相應(yīng)的外擴Flash中了,，對于整個IAP程序的設(shè)計,，分為兩個部分：第一，先編寫“螞蟻搬家”程序,，即一字節(jié)一字節(jié)地從相應(yīng)的外擴Flash地址(事先已經(jīng)定義好了)中搬移到片內(nèi)Flash中(從0x1100開始至0xFFFF),；第二，編寫引導(dǎo)程序(COPY程序),，將“螞蟻搬家”程序拷貝到相應(yīng)的RAM空間(0x0200)中,，并將PC指向0x0200。系統(tǒng)升級程序流程如圖3所示,。
注意：從片外的Flash拷貝到片內(nèi)Flash中時,，一定要將60 KB全部拷貝完畢，否則系統(tǒng)將為不正常,。最后要開啟看門狗,，復(fù)位,，即PC從0x0000開始。“螞蟻搬家”程序流程如圖4所示,。
圖4中必須注意：
①必須先固定該程序的入口地址,，這樣引導(dǎo)程序才能將之拷貝到RAM中,，大小要控制在2 KB之內(nèi)。該程序比較小,，一般不超過2 KB ,。
②必須將Flash狀態(tài)鎖住,，這樣在寫的時候不容易出錯,。
③在讀取60 KB數(shù)據(jù)后,，打開看門狗,。IAP升級系統(tǒng)是根據(jù)看門狗不喂狗來自動復(fù)位重啟系統(tǒng)的。
用戶只要根據(jù)上面的流程進行編程,，就很容易實現(xiàn)IAP升級(這里是重點,，也是一個難點)。引導(dǎo)程序流程如圖5所示,。
圖5說明：聲明一個入口函數(shù),，便于外部程序升級時調(diào)用。這個引導(dǎo)程序比較簡單,。由于在片內(nèi)執(zhí)行,，所以使用匯編語言(mov指令)很容易就可以把螞蟻搬家程序?qū)氲絉AM中。
由于IAR編譯出來的最終文件為*．a(chǎn)43文件,，建議使用類似(HexToBin．exe)軟件將*．a(chǎn)43文件轉(zhuǎn)化成二進制文件,，就可直接下載了。
4 注意事項
這段代碼必須在RAM里運行,，所以暫時不使用SP來“RET”,。也就是說，不可以使用CALL指令,，也不可以使用壓棧處理(如PUSH或者POP等指令),，所以這里將不可以開設(shè)堆棧區(qū)。通過某種無線手段執(zhí)行代碼(BIN文件),，然后根據(jù)自定義無線協(xié)議,，將該可執(zhí)行代碼下載并保存到片外的Flash相應(yīng)地址空間，最后啟動升級程序,。最后通過啟動看門狗并復(fù)位來啟動系統(tǒng),。
結(jié) 語
通過長期的實踐證明，本方案具有非常高的可靠性。這里雖然只介紹了MSP430系列產(chǎn)品的IAP升級方法,，但對于其他沒有自帶IAP功能單片機的升級,，其設(shè)計思路卻都一樣。這里提醒廣大的開發(fā)愛好者,，對于一串串的二進制文件數(shù)據(jù),，我們不要害怕；只要獨立思考,，抓住單片機的特性,，靈活應(yīng)用，只有想不到,，沒有做不到,。祝大家共同進步!