基于C8051F023的軟件注入技術(shù)(1)

　　嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術(shù)為基礎，軟件硬件可裁剪，適用于系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專(zhuān)用計算機系統，是一種軟硬件高度結合的產(chǎn)物，其系統功能實(shí)現的關(guān)鍵在于經(jīng)過(guò)高效率設計的各類(lèi)應用軟件。和通用計算機軟件不同，嵌入式系統中的軟件一般都固化在只讀存儲器中，而不是以磁盤(pán)為載體可以隨意更換，所以嵌入式系統的應用軟件和嵌入式產(chǎn)品一樣都具有較長(cháng)的生命周期。另外，各個(gè)行業(yè)的應用系統和產(chǎn)品很少發(fā)生突然性的跳躍，嵌入式系統中的軟件也因此更強調可繼承性和技術(shù)銜接性，發(fā)展比較穩定。以上兩點(diǎn)使得基于原有的硬件平臺即可完成嵌入式系統的軟件升級，從而節省用戶(hù)的成本，提高系統供應商的產(chǎn)品競爭力和服務(wù)效率。軟件注入就是能夠實(shí)現這種軟件升級方式的技術(shù)之一。

　　就嵌入式系統而言，軟件注入是指將嵌入式系統中的軟件模塊使用在線(xiàn)可編程存儲器存儲，可在需要時(shí)通過(guò)外部注入設備的注入技術(shù)。它十分有利于機電一體化產(chǎn)品等需要嚴密封裝的嵌入式系統的軟件升級和完善。

　　1 軟件注入的可行性分析

　　在各類(lèi)嵌入式計算機中，微控制器MCU（Micro Controller Unit）以其低功耗、高可靠性、片內外設資源豐富且易于

　　要想實(shí)現軟件注入，嵌入式系統所采用的MCU必須具有在系統可編程能力，即程序存儲器支持應用程序的擦除和重新寫(xiě)入。此外，嵌入式系統應具有較大的程序存儲空間和較快的運行速度，以便能夠存儲和運算比較復雜的軟件算法。

　　C8051F023屬于Cygnal公司的C8051F系列。該芯片內核CIP-51采用了流水線(xiàn)指令結構，速度最高可達25MIPS（Million Instructions Per Second，每秒百萬(wàn)條指令），且70%的指令可在1~2個(gè)系統時(shí)鐘周期內完成，這為嵌入式設備采用復雜的算法提供了必要的條件。同時(shí)芯片內部集成了容量達64KB的Flash存儲器，用于程序代碼和非易失性數據的存儲，可由軟件使用MOVX指令對Flash存儲器進(jìn)行在系統編程。

　　由以上分析可知，C8051F023完全具備軟件注入的實(shí)現條件。

　　2 軟件注入的技術(shù)措施和實(shí)現方案

　　通用計算機具有完善的人機接口界面，在上面增加一些開(kāi)發(fā)應用程序和環(huán)境即可進(jìn)行對自身的開(kāi)發(fā)。而嵌入式系統本身不具備自舉開(kāi)發(fā)能力，因此必須有一套開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開(kāi)發(fā)，這些工具和環(huán)境一般是基于通用計算機上的軟硬件設備以及各種邏輯分析儀、混合信號示波器等。圖1給出的就是一種基于通用計算機平臺的軟件注入實(shí)現方案。

圖1 嵌入式系統軟件注入原理圖

　　由圖1可以看出，為了實(shí)現軟件注入，除了具備運行在通用計算機平臺上的相關(guān)開(kāi)發(fā)工具（例如VC++、VB、Delphi等）外，還必須制訂軟件注入規程和研制軟件注入設備。注入規程包括嵌入式系統和注入設備的物理接口的機械特性和電氣特性、具有口令字校驗功能和差錯控制機制的通信協(xié)議等；注入設備分為注入卡和注入槍?zhuān)罢卟捎猛ㄓ糜嬎銠C的標準接口如RS232、USB等與通用計算機互連，用于將軟件程序輸入到注入槍?zhuān)部芍苯訉η度胧皆O備注入，后者為移動(dòng)式注入設備，便于為不在本地的嵌入式系統完成軟件的升級服務(wù)。

　　在制訂了軟件注入規程并擁有了相應注入設備后，還需要解決新注入程序與MCU中的固化程序的連接問(wèn)題，以實(shí)現新注入代碼的功能。圖2給出了基于C8051F023的一種解決方案。

圖2 基于C8051F023的軟件注入實(shí)現方案

　　該方案是一個(gè)基于MCU所實(shí)現的功能模塊化方案，在固化在Flash中的主程序模塊和引導裝入模塊的支持下，模塊1、模塊2、模塊3等均可實(shí)現程序代碼的更新。方案中的主程序模塊完成MCU的初始化工作以及可注入模塊所需的一些默認設置，而不可用扇區和保留扇區是C8051F023的特性。前者提供了芯片的安全選項，但不支持應用程序在系統可編程；后者為工廠(chǎng)專(zhuān)用，不能存儲用戶(hù)程序。

　　在0x1000~0xFBFF的地址空間內，每個(gè)模塊為具有某一功能的相對獨立的軟件代碼，其所占的地址空間可依據程序代碼的大小通過(guò)偽指令來(lái)定義和修改。當存儲器容量較大時(shí)，剩余的地址空間可作為保留，用于存儲新增加的功能模塊代碼。