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ATMEGA128單片機(jī)的軟件遠(yuǎn)程升級(jí)
摘要：介紹了ＡＴＭＥＧＡ１２８單片機(jī)應(yīng)用中的在線編程方法。給出了軟件ＩＡＰ升級(jí)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的一些關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合某市地鐵調(diào)度系統(tǒng)對(duì)ＩＡＰ升級(jí)的可靠性和保密性等問題進(jìn)行了簡單的論述。
閃速程序存儲(chǔ)器的編程方法常見的有以下幾種：
(１)傳統(tǒng)的并行編程方法；
(２)通過串行口進(jìn)行在線編程ＩＳＰ?Ｉｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｉｌｉｔｙ?：對(duì)器件或電路甚至整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場升級(jí)或功能重構(gòu)；
(３)在運(yùn)行中，應(yīng)用程序控制下的應(yīng)用在線編程ＩＡＰ?Ｉｎ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ?；ＩＡＰ模式簡單地說就是在某一個(gè)ｓｅｃｔｉｏｎ中運(yùn)行程序，同時(shí)對(duì)另一個(gè)ｓｅｃｔｉｏｎ進(jìn)行擦除、讀取、寫入等操作。
ＩＳＰ方式相對(duì)于傳統(tǒng)方式有了極大的進(jìn)步，它不需要將芯片從電路板上卸下就可對(duì)芯片進(jìn)行編程，減少了開發(fā)時(shí)間，簡化了產(chǎn)品制造流程，并大大降低了現(xiàn)場升級(jí)的困難。而ＩＡＰ方式是對(duì)芯片的編程處于應(yīng)用程序控制之下，對(duì)芯片的編程融入在通信系統(tǒng)當(dāng)中，通過ＩＮＴＥＲＮＥＴ網(wǎng)絡(luò)來升級(jí)指定目標(biāo)芯片的軟件。
圖1 某城市地鐵調(diào)度指揮系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
隨著芯片技術(shù)的高速發(fā)展，各廠家相繼推出了自己的支持ＩＳＰ／ＩＡＰ編程模式的芯片，如美國ＡＴＭＥＬ公司的ＡＴＭＥＧＡ１２８、ＡＴＭＥＧＡ１６９，Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ公司的ＳＳＴ８９Ｃ５４／５８ｊ等。其中美國ＡＴＭＥＬ公司推出的ＡＴＭＥＧＡ１２８是基于ＡＶＲ ＲＩＳＣ的低功耗８位單片機(jī)，最高工作頻率可達(dá)１６ＭＨｚ，具有１２８ＫＢ ＦＬＡＳＨ內(nèi)部存儲(chǔ)應(yīng)用器、４ＫＢ ＥＥＰＲＯＭ和ＳＲＡＭ數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，最大可達(dá)４０９６字節(jié)的獨(dú)立加密位的可選ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序代碼區(qū)，以及相應(yīng)的專門用來支持（ＩＡＰ）操作的操作控制寄存器ＳＰＭＣＲ。近年來該型單片機(jī)以其優(yōu)良而穩(wěn)定的性能廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品中。
１ 利用ＡＴＭＥＧＡ１２８構(gòu)成的遠(yuǎn)程升級(jí)系統(tǒng)
１．１系統(tǒng)組成
圖１給出了某城市地鐵調(diào)度指揮系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信采用輪詢方式。
該系統(tǒng)主要設(shè)備包括若干個(gè)基臺(tái)站、主控單元、基站控制中心、語音交換單元。
各設(shè)備的主要功能為：基站臺(tái)用來接收車載臺(tái)的數(shù)字信令和語音信號(hào)；主控單元協(xié)調(diào)各子節(jié)點(diǎn)動(dòng)作并監(jiān)視各子節(jié)點(diǎn)狀態(tài)；基站控制中心既是主控單元的子節(jié)點(diǎn)又是各基站臺(tái)的主節(jié)點(diǎn)，輔助主控單元完成對(duì)各基站臺(tái)的控制，協(xié)調(diào)各基站臺(tái)動(dòng)作，搜集各基站臺(tái)傳來的消息和監(jiān)視各基站臺(tái)狀態(tài)；ＰＣＭ交換單元在主控單元控制下完成語音交換功能。
１．２ 系統(tǒng)軟件ＩＡＰ升級(jí)
在不影響整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下，為實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)的軟件升級(jí)，可將要升級(jí)的程序代碼通過寫碼軟件轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)信令，以透明傳輸?shù)姆绞絺鬏?下載?到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。本系統(tǒng)的信令格式采用表１所示的代碼幀格式。其中幀傳輸控制字節(jié)為５字節(jié)，操作控制字節(jié)為４字節(jié)，代碼數(shù)據(jù)為３２字節(jié)。
表1 代碼幀格式
目的地址源地址字節(jié)長度Y下載目標(biāo)地址控制字RAMPZZHZL代碼數(shù)據(jù)
為保證代碼傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，本系統(tǒng)采用反饋比對(duì)的方式，以監(jiān)控終端向基臺(tái)站的代碼傳輸為例，代碼由監(jiān)控終端傳輸?shù)交_(tái)站，基臺(tái)站收到代碼后，再反饋回監(jiān)控終端。監(jiān)控終端將收到的代碼與發(fā)送的代碼作比較，比較結(jié)果一致時(shí)傳輸下一代碼幀，不一致時(shí)重復(fù)傳輸上一代碼幀。
系統(tǒng)根據(jù)代碼幀的下載目標(biāo)地址，自動(dòng)尋址將代碼幀通過各級(jí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)下載到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。寫入代碼的位置原則上可在系統(tǒng)中的任何一點(diǎn)進(jìn)行，但考慮到實(shí)際情況，本系統(tǒng)中只有兩個(gè)寫入點(diǎn)?顯示終端和監(jiān)控終端?，寫入代碼時(shí)不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。收到軟件升級(jí)消息的節(jié)點(diǎn)通過判斷代碼幀的控制字完成相應(yīng)的讀、寫、擦除等操作，并且可根據(jù)不同的需求配置不同的控制字實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程終端對(duì)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的各種資源的監(jiān)控。
例如要通過監(jiān)控終端升級(jí)基站１中ＡＴＭＥＧＡ１２８的軟件，則要在監(jiān)控終端中啟動(dòng)寫碼軟件，將編譯完成的升級(jí)代碼按照表１所示的系統(tǒng)幀格式打包，依照代碼在程序存儲(chǔ)區(qū)的先后次序依次發(fā)出。從圖１中可看出要通過監(jiān)控終端升級(jí)基站１中的軟件，還要經(jīng)由兩個(gè)中間節(jié)點(diǎn)：主控單元和基站控制中心，其時(shí)序流程如圖２所示。
首先，監(jiān)控終端發(fā)出一代碼幀到主控單元，主控單元根據(jù)代碼幀中的下載目標(biāo)地址判斷應(yīng)傳送的下一節(jié)點(diǎn)——基站控制中心。當(dāng)主控單元輪詢到基站控制中心時(shí)，將收到的代碼幀發(fā)送給基站控制中心。同樣，基站控制中心根據(jù)代碼幀中的下載目標(biāo)地址，將代碼幀下載并傳送到要升級(jí)的基站１的處理器ＡＴＭＥＧＡ１２８單片機(jī)中。單片機(jī)接收到代碼幀后首先將此代碼幀回傳給基站控制中心，然后將程序跳轉(zhuǎn)，運(yùn)行ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序區(qū)段。此時(shí)應(yīng)用程序區(qū)段處于忙狀態(tài)，運(yùn)行ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序區(qū)段的程序，根據(jù)代碼載入地址將程序代碼寫入應(yīng)用程序存儲(chǔ)區(qū)的正確位置，并在ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序區(qū)段繼續(xù)運(yùn)行，等待后續(xù)到達(dá)的代碼幀。而回傳的代碼幀同樣經(jīng)過兩級(jí)節(jié)點(diǎn)返回到監(jiān)控終端。監(jiān)控終端收到后與發(fā)送的代碼幀進(jìn)行比較，準(zhǔn)確無誤后方可傳送下一幀數(shù)據(jù)，否則重發(fā)。
圖３給出了代碼寫入主程序流程圖。當(dāng)代碼幀下載到基站１的控制單片機(jī)ＡＴＭＥＧＡ１２８后，當(dāng)檢測到幀類型為升級(jí)代碼幀“Ｙ”時(shí)，觸發(fā)代碼升級(jí)程序，程序由應(yīng)用程序區(qū)段跳轉(zhuǎn)至ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序區(qū)段。在此區(qū)段可以對(duì)應(yīng)用程序區(qū)段進(jìn)行讀、寫等操作，同時(shí)接收通過ＵＳＡＲＴ串口不斷傳來的代碼幀。
在代碼開始寫入前，首先將存于ＥＥＰＲＯＭ中的寫入操作開始標(biāo)志位置位，然后判斷操作控制字以檢測
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