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ATMEGA128單片機的軟件遠程升級
摘要：介紹了ＡＴＭＥＧＡ１２８單片機應用中的在線編程方法。給出了軟件ＩＡＰ升級設計中應注意的一些關鍵技術，結合某市地鐵調(diào)度系統(tǒng)對ＩＡＰ升級的可靠性和保密性等問題進行了簡單的論述。
閃速程序存儲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)通過串行口進行在線編程ＩＳＰ?Ｉｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｉｌｉｔｙ?：對器件或電路甚至整個系統(tǒng)進行現(xiàn)場升級或功能重構；
(３)在運行中，應用程序控制下的應用在線編程ＩＡＰ?Ｉｎ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ?；ＩＡＰ模式簡單地說就是在某一個ｓｅｃｔｉｏｎ中運行程序，同時對另一個ｓｅｃｔｉｏｎ進行擦除、讀取、寫入等操作。
ＩＳＰ方式相對于傳統(tǒng)方式有了極大的進步，它不需要將芯片從電路板上卸下就可對芯片進行編程，減少了開發(fā)時間，簡化了產(chǎn)品制造流程，并大大降低了現(xiàn)場升級的困難。而ＩＡＰ方式是對芯片的編程處于應用程序控制之下，對芯片的編程融入在通信系統(tǒng)當中，通過ＩＮＴＥＲＮＥＴ網(wǎng)絡來升級指定目標芯片的軟件。
圖1 某城市地鐵調(diào)度指揮系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構
隨著芯片技術的高速發(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，最高工作頻率可達１６ＭＨｚ，具有１２８ＫＢ ＦＬＡＳＨ內(nèi)部存儲應用器、４ＫＢ ＥＥＰＲＯＭ和ＳＲＡＭ數(shù)據(jù)存儲空間，最大可達４０９６字節(jié)的獨立加密位的可選ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序代碼區(qū)，以及相應的專門用來支持（ＩＡＰ）操作的操作控制寄存器ＳＰＭＣＲ。近年來該型單片機以其優(yōu)良而穩(wěn)定的性能廣泛應用于各種電子產(chǎn)品中。
１ 利用ＡＴＭＥＧＡ１２８構成的遠程升級系統(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)絡結構。該系統(tǒng)的網(wǎng)絡通信采用輪詢方式。
該系統(tǒng)主要設備包括若干個基臺站、主控單元、基站控制中心、語音交換單元。
各設備的主要功能為：基站臺用來接收車載臺的數(shù)字信令和語音信號；主控單元協(xié)調(diào)各子節(jié)點動作并監(jiān)視各子節(jié)點狀態(tài)；基站控制中心既是主控單元的子節(jié)點又是各基站臺的主節(jié)點，輔助主控單元完成對各基站臺的控制，協(xié)調(diào)各基站臺動作，搜集各基站臺傳來的消息和監(jiān)視各基站臺狀態(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
在不影響整個系統(tǒng)正常運行情況下，為實現(xiàn)對系統(tǒng)某個節(jié)點的軟件升級，可將要升級的程序代碼通過寫碼軟件轉換為系統(tǒng)信令，以透明傳輸?shù)姆绞絺鬏?下載?到目標節(jié)點。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下載目標地址控制字RAMPZZHZL代碼數(shù)據(jù)
為保證代碼傳輸?shù)臏蚀_性，本系統(tǒng)采用反饋比對的方式，以監(jiān)控終端向基臺站的代碼傳輸為例，代碼由監(jiān)控終端傳輸?shù)交_站，基臺站收到代碼后，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，比較結果一致時傳輸下一代碼幀，不一致時重復傳輸上一代碼幀。
系統(tǒng)根據(jù)代碼幀的下載目標地址，自動尋址將代碼幀通過各級網(wǎng)絡節(jié)點下載到目標節(jié)點。寫入代碼的位置原則上可在系統(tǒng)中的任何一點進行，但考慮到實際情況，本系統(tǒng)中只有兩個寫入點?顯示終端和監(jiān)控終端?，寫入代碼時不影響系統(tǒng)的正常運行。收到軟件升級消息的節(jié)點通過判斷代碼幀的控制字完成相應的讀、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現(xiàn)遠程終端對目標節(jié)點的各種資源的監(jiān)控。
例如要通過監(jiān)控終端升級基站１中ＡＴＭＥＧＡ１２８的軟件，則要在監(jiān)控終端中啟動寫碼軟件，將編譯完成的升級代碼按照表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)控終端升級基站１中的軟件，還要經(jīng)由兩個中間節(jié)點：主控單元和基站控制中心，其時序流程如圖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地址判斷應傳送的下一節(jié)點——基站控制中心。當主控單元輪詢到基站控制中心時，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地址，將代碼幀下載并傳送到要升級的基站１的處理器ＡＴＭＥＧＡ１２８單片機中。單片機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，運行ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序區(qū)段。此時應用程序區(qū)段處于忙狀態(tài)，運行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用程序存儲區(qū)的正確位置，并在ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序區(qū)段繼續(xù)運行，等待后續(xù)到達的代碼幀。而回傳的代碼幀同樣經(jīng)過兩級節(jié)點返回到監(jiān)控終端。監(jiān)控終端收到后與發(fā)送的代碼幀進行比較，準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。當代碼幀下載到基站１的控制單片機ＡＴＭＥＧＡ１２８后，當檢測到幀類型為升級代碼幀“Ｙ”時，觸發(fā)代碼升級程序，程序由應用程序區(qū)段跳轉至ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序區(qū)段。在此區(qū)段可以對應用程序區(qū)段進行讀、寫等操作，同時接收通過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志位置位，然后判斷操作控制字以檢測
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