MSP430單片機串口的程序升級方法

張園，萬眾

（中國電子科技集團公司第三研究所 聲學技術部，北京 100015）

張園（工程師），主要研究領域為語音信號處理。

隨著性能的不斷提高以及成本的降低，單片機在各個領域都得到了廣泛的應用。尤其在信號的控制和處理方面，單片機以其超低的功耗、簡單的操作成為設計者的首選［1］。TI公司推出的MSP430x5xx系列單片機具有低電壓、低功耗、高速處理能力以及配置靈活的接口等特點［2］，是當今主流單片機之一。

同其他處理器一樣，單片機正常工作除了需要硬件電路以外，還需要相應的用戶應用程序。但應用程序在調(diào)試階段以及實際使用時往往都需要更新，常規(guī)的方法需要打開機箱，將仿真器與單片機連接好，再更新程序。這種步驟比較繁瑣，如果操作不當還會損壞設備。因此，如果能通過單片機已有的簡單接口（如串口）更新應用程序，那么將給單片機的使用帶來更大的方便。

1 總體思想

首先通過仿真器向單片機中寫入一段小程序，稱之為Bootloader程序。這個程序不是用戶的應用程序，它的作用有兩個：第一是在上電的一小段時間里實時檢測串口，如果有上位機發(fā)出的更新程序命令，就發(fā)送握手信號，通知上位機發(fā)送更新代碼，并將收到的更新代碼寫入單片機相應的Flash中；第二個作用是當檢測到有應用程序存在時，跳轉到應用程序的入口地址，執(zhí)行應用程序。其流程如圖1所示。

上位機程序（VC＋＋語言編寫）的功能是，當用戶發(fā)出更新程序的指令后，在一段時間內(nèi)連續(xù)發(fā)送更新程序命令。如果收到單片機的應答信號，表示單片機準備開始接收更新代碼。此時上位機讀取已選擇的代碼文件，分段發(fā)給單片機。其流程如圖2所示。

圖1 單片機程序流程

圖2 上位機程序流程

2 相關知識

2.1 IAR設置

常用的MSP430單片機軟件開發(fā)環(huán)境是IAR C／C＋＋Compiler for MSP430［3］。用仿真器進行程序燒寫以及仿真調(diào)試時，在Options→Linker→Output→Format選項中選擇的是“Debug information for C－SPY”，但如果要得到該程序文本格式的代碼文件，需要選擇Format中的Other選項。

2.2 代碼文件格式

下面是一個生成的txt文件的內(nèi)容：

＠后面的6C00表示起始地址，接下來的內(nèi)容需要依次寫入6C00開始的地址中。＠FCFE表示程序的復位入口地址，單片機上電或者復位后，程序從這里開始運行。最末行q表示結束。

2.3 xcl文件

上面生成的txt文件中的代碼存放地址、復位入口地址以及中斷入口地址都可以通過配置文件進行修改，這個文件就是xcl文件。該文件在安裝目錄的IAR Systems＼Embedded Workbench 5.4Evaluation＼430＼config中，本文所使用的單片機對應的配置文件是lnk430F5438.xcl，將其復制到自己創(chuàng)建的工程中以便修改。在編譯器的Options→Linker→Config→Linker command file選項中指定這個配置文件。

下面是xcl文件中的部分內(nèi)容：

上面的配置信息含義是代碼（Code）和數(shù)據(jù)常量（Constant data）放在5C00～FF7F和10000～45BFF兩個空間中。中斷向量的地址是FF80～FFFF，其中復位向量的地址是FFFE～FFFF。

2.4 Bootloader程序和用戶應用程序的關系

地址空間分配如圖3所示。圖3左面是MSP430F5438的空間分配［4］。在正常的使用中，用戶代碼占用5C00～FF7F、10000～45BFF兩塊區(qū)域，中斷向量為FF80～FFFF。但含有Bootloader的程序，就與之有所區(qū)別了。即Bootloader程序占用了一部分代碼區(qū)，同時占有中斷向量FF80～FFFF。而用戶需要重新編寫一個中斷向量表，以及相應的入口地址。圖3右面是Bootloader程序和用戶程序以及自定義的中斷向量在Flash中的位置。關于空間位置以及空間大小可以根據(jù)實際情況進行調(diào)整。

圖3 地址空間分配

從圖中可以看出，在代碼空間中存在著兩個獨立的程序：Bootloader程序和用戶程序。Bootloader完成的功能是在復位時通過上位機更新用戶程序或者調(diào)用已經(jīng)存在的用戶程序。在這里最為關鍵的是中斷向量FF80～FFFF是歸Bootloader程序所有的，當有中斷發(fā)生時，程序首先進入FF80～FFFF空間的地址中（也就是Bootloader的程序中），接著再由Bootloader的中斷程序跳轉到相對應的用戶中斷程序中。

由于用戶程序空間以及中斷向量都發(fā)生了變化，那么需要對配置文件lnk430F5438.xcl的內(nèi)容進行修改。以圖3為例，修改如下：

2.5 上位機程序

利用VC＋＋編寫帶有串口的上位機程序［5］，按照圖2所示的流程完成相應的功能。在操作時，首先打開與單片機連接的串口，選擇要更新的文件，之后給單片機上電，就可以進行用戶程序的更新了，上位機界面如圖4所示。

圖4 上位機界面

結 論

通過增加一個Bootloader程序，引出一個串口就可以更新程序，使更新程序變得更加容易，在實際使用中起到了事半功倍的效果。此種方法也同樣適用MSP430其他系列的單片機。

［1］何立民.從Cygnal C8051F看8位單片機發(fā)展之路［J］.單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2002，（5）.

［2］MSP430x5xx Family User's Guide［EB／OL］.［2010－05－06］.http：／／focus.ti.com.cn／cn／general／docs／lit／getliterature.tsp？literatureNumber＝slau208h＆fileType＝pdf.

［3］IAR Embedded Workbench IDE for MSP430User Guide［EB／OL］.［2010－05－06］.ftp：／／ftp.iar.se／WWWfiles／datasheet／New／DS－EW430－520.pdf.

［4］MSP430F543x，MSP430F541xMixed Signal Microcontroller［EB／OL］.［2010－05－06］.http：／／focus.ti.com.cn／cn／general／docs／lit／getliterature. tsp？ genericPartNumber ＝msp430f5438＆fileType＝pdf.

［5］龔建偉，熊光明.Visual C＋＋／Turbo C串口通信編程實踐［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2007：135－159.