實(shí)現基于GPRS的無(wú)線(xiàn)遠程IAP功能

1 IAP功能簡(jiǎn)介與系統應用
IAP(In-Application Programming)是應用在Flash程序存儲器的一種編程模式。簡(jiǎn)單地說(shuō)就是在應用程序控制下，對程序某段存儲空間進(jìn)行讀取、擦除、寫(xiě)入操作。與ISP(In-System-Programming)操作非常相似，都不需要從電路板上取下芯片用編程器燒寫(xiě)再安裝上去運行新程序，即具有在線(xiàn)編程功能。但是它們有其不同點(diǎn)：ISP通常是整片擦除、編程，在手工操作下通過(guò)PC串口下載程序到Flash，需要簡(jiǎn)單的硬件資源――串口RX、TX和RS232驅動(dòng)芯片；而IAP卻是在某段程序的控制下對另外一段程序Flash進(jìn)行讀寫(xiě)操作，可以控制對某段、某頁(yè)甚至某個(gè)字節的讀寫(xiě)操作。
根據IAP的功能特點(diǎn)，可以制作仿真軟件替代仿真器功能。在PC上做個(gè)簡(jiǎn)單的界面應用程序就可以直接實(shí)現用戶(hù)程序在線(xiàn)仿真：設置斷點(diǎn)、單步運行、改變運行結果調試等功能。同理，根據ISP的功能特點(diǎn)可以替代編程器。本系統就是把IAP模式融入到GPRS通信系統中，用GPRS遠程升級指定目標芯片的軟件。

2 IAP功能系統架構
IAP功能系統架構如圖1所示。

圖1 系統架構(只標示與lAP功能相關(guān)部分)P89LPC936是PhiIips公司推出的一款高穩定性、多功能的51內核MCU；集成了I2C總線(xiàn)，讀寫(xiě)操作I2C器件FM24C256速度快、穩定性高；增強型UART，具有幀錯誤檢測、幀間隔檢測、可選雙緩沖、接收和發(fā)送中斷可選分開(kāi)等強大串口通信功能，增強了和GPRS模塊串口通信的可靠性；內置AD/DA轉換器；16 KB Flash存取器，支持ISP和IAP；采用TSSOP28或HWQFN28低成本封裝。設計系統的外圍電路可以減少到最少，不但提高了系統的性能，甚至可以IAP升級終端部分功能而不用改變外圍硬件電路。
FM24C256，256 Kb的FRAM(鐵電存儲器)，兼有ROM的掉電數據保存特性和RAM的讀寫(xiě)速度和次數，讀寫(xiě)次數達到1000億次，采用I2C總線(xiàn)讀寫(xiě)操作，使用穩定可靠；用8腳SOIC封裝，與MCU的接口電路簡(jiǎn)單、通信可靠。通信速率O～400 kHz可調。P89LP(2936的12SCLH和。12SCLL兩個(gè)SFR的值就是確定串行時(shí)鐘發(fā)生器占空比。本系統選擇7.372 8 MHz晶振，12SCLH=12SCLL=75，12C速率為25 Kbps。
GPRS模塊使用WAVECOM公司生產(chǎn)的Q2406B，雙頻GPRS/GSM模塊(EGSM900/1 800 MHz或EGSM900/1 900 MHz)，內置TCP/IP，與標準AT指令完全兼容；其設計開(kāi)發(fā)符合ETSI GSM Phase 2+標準。本系統模塊使用9.6 kbps波特率，而模塊出廠(chǎng)波特率為115 200 bps，用串口終端初始化模塊時(shí)，特別要注意這一點(diǎn)。

3 IAP功能的軟件編程
3.1 系統工作狀態(tài)分析
①用戶(hù)程序工作狀態(tài)，在遠程數據傳輸系統中，用戶(hù)程序完成數據采集、存儲、發(fā)送，系統監控、報警，接收執行上位機設置、控制命令等正常用戶(hù)功能。
②IAP工作狀態(tài)，如圖2所示。上位機發(fā)送升級程序信令，數傳終端收到并回復確認信息后，開(kāi)始等待下載信令；收到正確下載信令后開(kāi)始下載代碼到FM24C2256暫存。按幀順序號發(fā)送、接收數據，校驗幀的正確性，采用握手數據流保證每幀完全正確接收、存儲。代碼發(fā)送完畢后，發(fā)送下載完畢信令，包括代碼總長(cháng)度和塊校驗碼；每階段都采取延時(shí)處理：延時(shí)時(shí)間到繼續重發(fā)過(guò)程三次，還沒(méi)收到就報告出錯信息，強行下線(xiàn)，切換到待升級用戶(hù)程序運行。如果通信正常，就進(jìn)入最關(guān)鍵一步――Flash擦除和編程。

Philips在P89LPC936地址FF00H～FFFFH的空間里固化一個(gè)256字節的引導ROM，所有MCU對內部Flash的操作都可以調用這個(gè)子程序完成。使用IAP功能時(shí)就是提供這個(gè)子程序的入口參數(參考Philips的數據手冊)，然后調用程序的入口地址FF00H，就可以實(shí)現讀、寫(xiě)、擦除Flash。擦除、編程Flash時(shí)需要關(guān)閉所有中斷，不能對同一塊Flash同時(shí)進(jìn)行擦除和編程，而且編程之前要先把扇區清除。對Flash的扇區進(jìn)行擦除操作的程序清單(入口參數A、R7、R4和R5，返回參數(F0(C)、R7)如下：
ERASE_FLASH：
MOV A，#04H ；A為操作類(lèi)型(A=04H，告訴IAP
；執行的是擦除操作)
MOV R7，#01H ；R7刪除操作方式(00H表示刪除
；頁(yè)；01H表示刪除扇區)
MOV R4，#HIGH ；操作的Flash地址高8位
M0v R5，#L0w ；操作的Flash地址低8位
LCALL FF00H
JC ERASE_FLASH ；FO(C)：O表示擦除成功，1表示
；擦除失敗
3.2 IAP功能系統SFR配置
(1)用戶(hù)保密扇區設置
MOV SEC6，#04H；禁止對Flash扇區6的擦除
MOV SEC7，#04H；禁止對Flash扇區7的擦除
扇區6和扇區7代碼是控制擦除、編程Flash。為保證不被誤操作，只允許在出廠(chǎng)時(shí)用專(zhuān)門(mén)的編程器擦寫(xiě)。
(2)IAP特許關(guān)鍵值設置
執行擦除或寫(xiě)Flash的IAP功能，需要在調用IAP功能程序前，把96H寫(xiě)入RAM單元FFH來(lái)設置特許關(guān)鍵值。程序代碼如下：
MOV RO，#OFFH
MOV @RO，#96H
IAP程序處理完功能調用后，特許關(guān)鍵值被清除。因此在每次調用IAP功能程序前必須設置特許關(guān)鍵值。
3.3 lAP功能實(shí)現流程
IAP功能實(shí)現流程如圖3、圖4所示。flagIAP為下載程序完畢，并且校驗碼確認后，準備擦寫(xiě)Flash的標志。在FM24C256開(kāi)辟單元存儲功能很重要：在程序擦寫(xiě)發(fā)生異常，如掉電復位，可以在程序啟動(dòng)后，與上位機確認擦寫(xiě)后，繼續完成升級任務(wù)。每次編程的字節數和上位機傳輸的1幀數據中，代碼字節數保持一致，幀序號數表示程序分成多少幀傳輸和多少次編程操作。

3.4 協(xié)議設計
GPRS網(wǎng)絡(luò )速度理論上有11 7 kbps，實(shí)際上遠遠沒(méi)達到；GPRS與Internet連接建立后，進(jìn)入數據透明傳輸階段。本系統在完善的TCP/IP機制基礎上設計用戶(hù)應用層協(xié)議,為實(shí)現對系統某個(gè)終端的系統軟件升級，可將要升級的程序代碼通過(guò)寫(xiě)碼軟件轉化為系統信令，接入Internet到GPRS網(wǎng)絡(luò )，透明傳輸下載到目標數傳終端。本系統的信令格式采用如下代碼幀格式：

開(kāi)始信令幀和結束信令幀代碼數據段都是FFH。同步碼設置為AAH，55H；字節長(cháng)度(1B)表示此數據幀包含代碼數據的字節數，通常小于64；下載目標地址(5B)設定為出廠(chǎng)ID號，賦予一個(gè)特定代碼含義，只有校驗ID號正確后數據傳輸終端才可能接收命令，而且是唯一標識，不可改變；從安全性出發(fā)，本系統中設置為出廠(chǎng)日期和編號的組合：0501160000表示2005年1月16號出廠(chǎng)的第一個(gè)產(chǎn)品。幀序號(1B)表明此次升級程序分成的傳送幀數，在命令傳送過(guò)程中，此域為OOH?？刂谱侄?1B)表示傳送的是操作命令還是數據。結束碼設置55H，AAH。數據傳輸終端上行和下行數據格式完全相同，上行響應數據除代碼數據段不同之外，其他字段都是下行控制數據的復制，實(shí)現數據流控制。

4 lAP功能可靠性探討
系統升級過(guò)程不免受到環(huán)境的干擾，如系統斷電或網(wǎng)絡(luò )通信阻塞、故障等意外事故，而導致IAP升級失敗。因此必須有一套可靠的軟、硬件機制來(lái)保障IAP的完全正常工作。以下介紹本系統所采取的一些措施：
①掉電情況處理?，F場(chǎng)環(huán)境的電網(wǎng)波動(dòng)相當大，而且經(jīng)常性停電，甚至影響到系統的正常工作?？刹捎眯铍姵毓╇?，提供穩定的、可靠的工作電源；外加一充電板電路，能在有電的時(shí)候直接給電路充電。此外，軟件上還做了完善的握手機制，信令設置回執，確保通信正確不會(huì )發(fā)生誤操作；下載和擦寫(xiě)Flash部分時(shí)序上隔離，網(wǎng)絡(luò )通信性能和掉電異常對系統正常工作的影響減到最小。
②數據傳輸過(guò)程產(chǎn)生的誤碼。通用的、有效的解決辦法就是用CRC循環(huán)冗余效驗和重傳機制。數據校驗碼正確后存入FM24C256，錯誤或超時(shí)就發(fā)幀序號請求重發(fā)，直到檢測到結束幀。

最后一幀數據長(cháng)度不夠就用FFH填滿(mǎn)一幀發(fā)送。
③數據傳輸過(guò)程大延遲或阻塞情況處理。數據傳輸采用超時(shí)處理，三次握手失敗，作異常處理機制。
該技術(shù)方案從根本上解決了本系統現場(chǎng)升級困難的問(wèn)題，大大提高了系統的可維護性，加速了新產(chǎn)品上市時(shí)間，可以提供更快、更完美的用戶(hù)服務(wù)，增強產(chǎn)品的市場(chǎng)競爭力。以GPRS網(wǎng)絡(luò )為載體，在廣大接入Internet困難的監控現場(chǎng)或農村地區，該技術(shù)提出了一個(gè)解決方案。