8051單片機在線(xiàn)升級軟件的方法

本文通過(guò)對8051單片機的特點(diǎn)分析，提出了一種低成本的方法，使其軟件可以利用系統已有的通信鏈路在線(xiàn)升級。

1 基本原理

類(lèi)似于其他引導裝載升級程序的方法，在系統中必須始終存在一段用于程序裝載的代碼（bootloader），該代碼在啟動(dòng)時(shí)被運行。其基本功能是根據外部條件來(lái)判斷是運行現有版本的程序還是從主機下載新程序。8051具有選擇執行片內或者片外程序的功能，而對片內E2PROM編程過(guò)程相對比較復雜，因此這里將程序引導裝載代碼燒結在內部程序空間中，并不準備改變；而將系統應用程序存放在片外一編程相對簡(jiǎn)單和獨立的E2PROM內，是隨時(shí)可以更新的部分。通過(guò)外圍電路的支持，單片機上電復位時(shí)首先執行片內的裝載程序，如圖1所示。該裝載代碼將應用程序從E2PROM拷貝到外部存儲器（RAM）中以備執行，同時(shí)還通過(guò)通信接口監系統程序裝載執行過(guò)程聽(tīng)主機命令。當收到主機更新程序的請求后，立即接收新的應用程序內容，并在最終確認后寫(xiě)入擴展E2PROM內。當片內程序執行完畢后，系統軟件復位并執行片外RAM中的程序，而RAM的內容正是由裝載所決定的。如果CPU再次復位，那么將重復上述裝載執行過(guò)程。

值得注意的是，在對外部程序存儲器訪(fǎng)問(wèn)時(shí)，8051單片機只提供讀指令（MOVC）而并不具備寫(xiě)指令。但是從單片機對外部程序和數據存儲器的訪(fǎng)問(wèn)時(shí)序上看具有一致性，不同的是讀代碼使用PSEN信號而讀數據使用RD信號。同時(shí)，單片機的PSENpRD和WR信號不會(huì )同時(shí)有效，因此將PSEN和RD邏輯合并后，可以使程序和數據合二為一讀寫(xiě)成為可能。這樣同一個(gè)地址單元RD、WR（MOVX）和PSEN（MOVC）均可以進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。單片機可以使用MOVX寫(xiě)指令來(lái)更改相當于其外部程序空間中的內容。特別要注意的是，當程序和數據共存于一片RAM中時(shí)，必須使用編譯器提供的相關(guān)連接命令使數據區偏離代碼可能占用的區域，否則會(huì )導致系統混亂。

2 硬件電路

硬件參考電路如圖2所示。系統加電后，由于C3兩端電壓不能瞬變，使D觸發(fā)器置1端保持一短暫低電平，強制將單片機EA信號置高。在U4看門(mén)狗上電復位信號撤銷(xiāo)后，單片機開(kāi)始從內部程序空間0地址起執行。內部裝載程序先通過(guò)P1.4、P1.5模擬I2C總線(xiàn)時(shí)序從E2PROMU3中將應用程序代碼拷貝到片外RAM從0地址起的空間中。如果到代碼拷貝結束串行口一直沒(méi)有收到預定的程序下載命令，則通過(guò)軟件置低P1.6口觸發(fā)看門(mén)狗芯片對單片機復位，在復位脈沖的上升沿，D觸發(fā)器鎖存其輸出的信號使EA電平翻轉為低電平。待復位信號撤銷(xiāo)后，單片機開(kāi)始執行位于外部程序空間的系統應用程序代碼。在執行外部程序時(shí)，如果看門(mén)狗再次復位，EA將會(huì )恢復高電平并重新執行內部裝載程序。

圖2 引導裝載電路

當上位機欲更改終端設備程序時(shí)，可通過(guò)串口向其發(fā)送特定的握手字符串，無(wú)論片外程序還是片內程序最好都能識別該字符串并且復位單片機（如果是正在運行外部程序）執行內部裝載程序。裝載程序就緒后向上位機發(fā)送確認回應，并接收來(lái)自上位機的程序代碼。單片機通過(guò)置低P1.3允許E2PROM寫(xiě)操作，將新的內容寫(xiě)入E2PROM中，完成程序的更新。