单片机的远程IAP/ISp系统设计

　　1 IAP函数分析

　　支持IAP功能的单片机一般有2块Flash存储区，即ISP区和AP（程序）区。ISP区的调用IAP函数可以修改AP区内容。本系统的代码应保存在ISP区。其基本的IAP功能函数包括Flash读、Flash擦除和Flash写函数，都是通过特殊功能寄存器来操作的。

　　以STC89C系列单片机为例，对特殊功能寄存器的操作可总结为以下6步：①设置读取/写人地址（给ISP_ADDRH和ISP-ADDRL赋值）；②关中断；③设置命令字（给ISP_CMD赋值）；④触发（ISP_ITRG=#46H，ISP_ITRG=#OB9H）；⑤清除IAP设置；⑥开中断。

　　2 通信协议的制定

　　系统工作在一主多从的方式，如图1所示，通信接口使用RS232或RS485。通信协议的制定必须以串口通信作为标准。系统制定的串口通信协议的基本参数为960kbPs，数据位为8，无校验位，停止位为1。

　　2.1 上位机帧格式

　　在ISP系统中通信的控制由上位机来完成，而且数据（程序）也是由上位机发送。因此，上位机帧格式中不但应包含控制命令，还应允许传输可变长度的数据。故系统将上位机帧格式设置为如下形式（各字段的说明见表1）：

　　2.2 下位机帧格式

　　在系统中下位机属于慢速设备，在协议的设定上要尽量减少其运算，使用固定帧格式是一种较好的解决方法。系统下位机的帧格式如下：

　　其中，SXT、COMMMAND、ERR、CHECHKSUM 和END这5个字段与上位机帧格式中对应的字段意义相同。在下位机中因使用固定帧格式，数据帧长度确定，故减去了LEN字段。考虑到ISP程序的升级，便于以后的协议兼容，增加了EDI（版本号）字段。此字段占2字节，在确定的ISP 程序中是固定的，不会增加下位机的计算量。

　　2.3 通信过程

　　通信过程是整个协议的交互，是对数据传输顺序和方式的规定。系统在通信过程中使用单字节寻呼方式，即在通信之初连续发送下位机机号，下位机收到后发送应答，通信过程由此开始。这种解决了多下位机系统寻呼控制问题。整个通信过程如图2所示。

　　3 下位机系统实现

　　系统 通 信 的最小单位是帧，整帧的信息才有具体意义。为保证得到整帧的信息，仿照实时操作系统的控制方式厂下位机使用了定时查询控制方式。

　　3.1 定时控制的时间间隔计算

　　定时控制的时间间隔应选择适当，若太短则收不到完整的帧结构，若过长则影响传输速率。定时控制的时间间隔应包括帧传输时间，上下位机对帧的处理时间和一定的容错时间，可表示为：

　　式中：几为上位机对帧的处理时间；几为下位机对帧的处理时间；几为帧传输时间；讯为容错时间；n为上位机处理语句数；，为上位机单语句处理平均时间；执为下位机处理语句数；tZ为下位机单语句处理平均时间；L为帧长度；B为波特率。系统在抢MHz的环境下，时间间隔约为6ms。

　　3.2 定时模块的实现

　　定时模块是整个系统的主调度模块。它主要完成对收到的帧结构的检查，调用分析处理函数对帧中的数据进行分析和处理（即程序升级），并发送回应帧通知上位机处理结果。函数流程如图3所示。

　　3.3 传输模块的实现

　　传输模块在系统中起到两种作用：一是对上位机传来的数据进行存储；二是向PC机输出系统下位机处理结果。因此，串口通信模块必须具备一个输人接口函数和一个输出接口函数。系统提供SendCommstring（）函数发送帧和RecCommString（）函数读取帧，并且提供了一个帧完整性检查函数Checkstring（），返回类型为bit。

　　串口通信模块程序在初始化时分别开辟接收缓冲区（CommRecBuffer）和发送缓冲区（ComrnsendBuffer）。将接收缓冲区中各个缓冲区看作环行队列，它们分别有自己的头向量和尾向量。起始时头尾向量均指向零（起点值）；接收数据时，系统将收到的每个字符放到接收缓冲区内，建立字符接收标志，同时尾向量加1;当尾向量值达到缓冲区最大值时，尾向量再从零开始计数。若尾向量增加到一圈后等于头向量，则设立接收溢出标志。

　　在发送数据时，程序把待发送的字符串放到以头向量为起始位置的发送缓冲区内。每发送一个字符头向量就加1。当头向量值为缓冲区最大值时，头向量再从零开始计数。发送时因为只有头向量移动，所以当头向量等于尾向量时才完成发送。接收和发送数据示意图如图4和图5所示。

　　3.4 应用系统设计要求

　　以上虽完成了IPS系统设计，但只能做到在系统编程随着嵌人式技术的发展，人们对系统的智能化、小型化的要求也越来越高。基于ARM结构的微处理器以其高性能、低功耗、低成本等方面的优势被广泛应用于各种电子产品，特别是一些高端的嵌人式控制应用中（如移动电话、工业控制、网络通信等）。ARM公司合作伙伴包括许多世界顶级的半导体公司。可以说，ARM技术几乎无处不在。

　　伴随着ARM的发展，ARMC编译器的功能也越来越强大，并能对程序进行优化，但有些代码难以优化到最佳，所以ARM指令还会经常被人们使用。同时，对程序的优化仍有重要意义。

　　远程自动更新要求在应用更新。因此在应用系统中应设计自己的通信系统，加人相应的控制指令，当上位机发出更新命令时，下位机应通过跳转指令执行ISP更新程序。跳转指令也是通过对特殊功能寄存器的操作来实现的。对于5TC89C系列单片机，将ISP-CONTR寄存器设置为#06H。

　　4 结论