何 濤

(常州輕工職業(yè)技術學院，常州 213000)

WiFi在應用編程技術的控制系統(tǒng)維護

何 濤

(常州輕工職業(yè)技術學院，常州 213000)

將低成本的WiFi通信模塊與控制系統(tǒng)中微控制單元的在應用編程技術結合，可以實現無線系統(tǒng)維護，解決了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)維護時需要連接電纜的缺點，尤其適用于難于拆裝的控制系統(tǒng)。

WiFi；MCU；IAP；STM32F103；ESP8266

引 言

當前MCU廣泛應用于各種控制系統(tǒng)中，MCU固件的更新也成為了控制系統(tǒng)維護的一個重要項目，但固件更新一般需要電纜連接。因此，維護控制系統(tǒng)往往需要將整個電路板拆下，或到現場連接電纜后操作，但很多實際應用中，控制系統(tǒng)往往難以拆裝。本文提供了一種無線MCU固件更新方式，能讓控制系統(tǒng)的維護變得更加方便靈活。

1 原理概述

很多MCU提供多種編程方式，最普遍的是電纜連接特定編程器更新固件；在系統(tǒng)編程(ISP)方式是芯片廠商在MCU中寫入特定的程序，用戶可使用串行接口對系統(tǒng)進行維護，省去了編程器；在應用編程(IAP)方式則提供了用戶程序直接讀寫內部存儲區(qū)域的功能。

ISP編程方式雖然省去了編程器，但廠家在實現時往往使用串行接口，無法避免連接電纜；而IAP則可以讓用戶自行設計程序來配合外圍無線模塊通信，實現無線編程。

無線模塊有很多類型，如ZigBee、WiFi、Bluetooth等，考慮使用WiFi能有更好的應用擴展，ESP8266模塊成本較低，這里選擇WiFi作為無線更新MCU的外圍通信模塊。

2 技術實現

2.1 硬件電路

這里使用STM32F103C8T6作為控制系統(tǒng)的MCU，無線模塊選用ESP8266。無線模塊接入MCU的電路如圖1所示。

圖1 電路原理圖

WiFi模塊的接入只使用了MCU的三個I/O口，占用的資源比較少。PA3和PA2是MCU的串口接口；PA4用于關斷ESP8266，有利于降低系統(tǒng)功耗。

2.2 存儲空間

為了能利用IAP技術對MCU進行程序更新，需要對MCU中的存儲空間進行合理的規(guī)劃。這里把STM32F103C8T6中的存儲空間設計成如下所示的結構：

BootLoader0x080x000x320x00用戶應用程序用戶數據0x080000000x080028000x080032000x0800F0000x08010000

MCU中存儲空間地址從0x0800 0000開始，共有64K，地址空間到0x0800 FFFF結束。

這里將引導程序BootLoader放在開始位置，系統(tǒng)上電啟動時，引導程序會判斷是否需要更新維護。如果需要則調用ESP8266模塊進行維護通信；否則嘗試讀取用戶應用程序地址并跳轉到該地址運行，系統(tǒng)進入正常工作模式。

在0x0800 2800的位置存放用戶應用程序的首地址，該地址占用4字節(jié)，該位置同時也作為用戶應用程序可用的標志。系統(tǒng)更新維護時，在更新用戶應用程序之前會先清除此處保存的地址，而在更新完成并校驗成功后，再重新寫入最新的用戶應用程序入口地址。如果引導程序啟動時沒能在此處獲得有效地址，則系統(tǒng)自動進入維護模式。

用戶應用程序的開始地址設為0x0800 3200，用戶可以根據需要調整此地址，每次通過IAP更新用戶應用程序后，要把開始地址寫入0x0800 2800的位置。

0x0800 F000開始的位置，通?？梢源娣乓恍┫到y(tǒng)運行的參數等數據，用戶將一些系統(tǒng)配置參數放在此處，可保證系統(tǒng)掉電后不會丟失。

2.3 通信協(xié)議

WiFi模塊在工作時，通常有兩種模式：一種是作為無線熱點(AP)存在；另一種是作為station存在。這里采用AP模式，這樣在進行系統(tǒng)維護時，控制系統(tǒng)本身就作為AP熱點，維護者可以使用帶WiFi的設備直接接入控制系統(tǒng)進行維護，無需配置額外的網絡設備。

系統(tǒng)進行無線維護時，需要維護軟件和MCU無線通信，這里設計了一個簡單通信協(xié)議，基本命令有5個：

① 讀取命令，由上位機發(fā)出指令，MCU返回需要讀取的數據；

②寫入命令，由上位機發(fā)出指令，MCU再接收數據并寫入內部存儲器，返回應答；

③ 更新啟動地址命令，由上位機發(fā)出，MCU收到新地址后，更新0x0800 2800中存放的用戶應用程序入口地址，返回應答；

④ 加載命令，由上位機發(fā)出，MCU收到指令后，根據指令跳轉到指令指定位置運行；

⑤ 查詢命令，由上位機發(fā)出指令，MCU返回當前引導程序的版本號。

2.4 維護軟件

上位機可以是帶有WiFi連接的PC機，也可以是手機等帶有WiFi的手持設備，由于通信協(xié)議是基于存儲空間讀寫設計的，所以維護軟件除了有更新應用程序的功能，同時也有更新用戶數據的功能，這里用Java設計了一款維護軟件，如圖2所示。

圖2 維護軟件

結 語

與現有控制系統(tǒng)的維護形式相比，無線方式讓控制系統(tǒng)的部署更加靈活。在后續(xù)的開發(fā)維護中，可進一步加強無線通信的功能，目前的維護只能支持程序更新、參數更新，以后可以將系統(tǒng)運行狀態(tài)的捕捉納入無線維護的支持范圍，使控制系統(tǒng)的維護更加靈活、方便。

[1] 范興隆.ESP8266在智能家居監(jiān)控系統(tǒng)中的應用[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用,2016,16(9).

[2] ST.使用STM32F10xxx的USART實現在應用中編程,2008.

[3] ST.STM32F10xxx閃存編程,2008.

[4] 顏秋男,胡毅.STM32F103VB的SD卡在應用編程設計[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用,2012，12(2).

何濤，主要研究方向為物聯網應用技術。

Control System Maintenance of WiFi In-application Programming Technology

He Tao

(Changzhou Vocational Institute of Light Industry,Changzhou 213000,China)

Using the low-cost WiFi module and the in-application programming technology of the microcontroller unit,the control system can be maintained in the wireless environment.It solves the trouble that the control system should be connected with the cable when it is maintained.Especially it is suitable for the control system which is difficult to be disassembled.

WiFi;MCU;IAP;STM32F103;ESP8266

TP273

A

士然

2016-11-14)