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[经验] MSP430单片机串口应用程序更新的方法解析

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一粒金砂(高级)

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发表于 2019-10-9 15:16 | 显示全部楼层 |阅读模式

      单片机性能的不断提高以及成本的降低,单片机在各个领域都得到了广泛的应用。尤其在信号的控制和处理方面,单片机以其超低的功耗、简单的操作成为设计者的首选。TI公司推出的MSP430x5xx系列单片机具有低电压、低功耗、高速处理能力以及配置灵活的接口等特点,是当今主流单片机之一。

同其他处理器一样,单片机正常工作除了需要硬件电路以外,还需要相应的用户应用程序。但应用程序在调试阶段以及实际使用时往往都需要更新,常规的方法需要打开机箱,将仿真器与单片机连接好,再更新程序。这种步骤比较繁琐,如果操作不当还会损坏设备。因此,如果能通过单片机已有的简单接口(如串口)更新应用程序,那么将给单片机的使用带来更大的方便。


1 总体思想

首先通过仿真器向单片机中写入一段小程序,称之为Bootloader程序。这个程序不是用户的应用程序,它的作用有两个:第一是在上电的一小段时间里实时检测串口,如果有上位机发出的更新程序命令,就发送握手信号,通知上位机发送更新代码,并将收到的更新代码写入单片机相应的Flash中;第二个作用是当检测到有应用程序存在时,跳转到应用程序的入口地址,执行应用程序。其流程如图1所示。

360截图20191009150816054.jpg

上位机程序(VC++语言编写)的功能是,当用户发出更新程序的指令后,在一段时间内连续发送更新程序命令。如果收到单片机的应答信号,表示单片机准备开始接收更新代码。此时上位机读取已选择的代码文件,分段发给单片机。其流程如图2所示。

2 相关知识

2.1 IAR设置

常用的MSP430单片机软件开发环境是IAR C/C++Compiler for MSP430。用仿真器进行程序烧写以及仿真调试时,在OpTIons→Linker→ Output→Format选项中选择的是“Debug informaTIon for C-SPY”,但如果要得到该程序文本格式的代码文件,需要选择Format中的Other选项。

2.2 代码文件格式

下面是一个生成的txt文件的内容:

360截图20191009151058750.jpg

@后面的6C00表示起始地址,接下来的内容需要依次写入6C00开始的地址中。@FCFF表示程序的复位入口地址,单片机上电或者复位后,程序从这里开始运行。最末行q表示结束。

2.3 xcl文件

上面生成的txt文件中的代码存放地址、复位入口地址以及中断入口地址都可以通过配置文件进行修改,这个文件就是xcl文件。该文件在安装目录的IAR Systems\Embedded Workbench 5.4 EvaluaTIon\430\config中,本文所使用的单片机对应的配置文件是lnk430F543 8.xcl,将其复制到自己创建的工程中以便修改。在编译器的OpTIons→Linker→Config→Linker command file选项中指定这个配置文件。

下面是xcl文件中的部分内容:

360截图20191009151202825.jpg

上面的配置信息含义是代码(Code)和数据常量(Constant data)放在5C00~FF7F和10000~45BFF两个空间中。中断向量的地址是FF80~FFFF,其中复位向量的地址是FFFE~FFFF。

2.4 Bootloader程序和用户应用程序的关系

地址空间分配如图3所示。图3左面是MSP430F5438的空间分配。在正常的使用中,用户代码占用5C00~FF7F、10000~45BFF两块区域,中断向量为FF80~FFFF。但含有Bootloader的程序,就与之有所区别了。即Bootloader程序占用了一部分代码区,同时占有中断向量FF80~FFFF。而用户需要重新编写一个中断向量表,以及相应的入口地址。图3右面是Bootloader程序和用户程序以及自定义的中断向量在Flash中的位置。关于空间位置以及空间大小可以根据实际情况进行调整。

360截图20191009151252304.jpg

从图中可以看出,在代码空间中存在着两个独立的程序:Bootloader程序和用户程序。Bootloader完成的功能是在复位时通过上位机更新用户程序或者调用已经存在的用户程序。在这里最为关键的是中断向量FF80~FFFF是归Bootloader程序所有的,当有中断发生时,程序首先进入FF80~FFFF空间的地址中(也就是Bootloader的程序中),接着再由Bootloader的中断程序跳转到相对应的用户中断程序中。

由于用户程序空间以及中断向量都发生了变化,那么需要对配置文件lnk430F5438.xcl的内容进行修改。以图3为例,修改如下:

360截图20191009151414001.jpg

2.5 上位机程序

利用VC++编写带有串口的上位机程序,按照图2所示的流程完成相应的功能。在操作时,首先打开与单片机连接的串口,选择要更新的文件,之后给单片机上电,就可以进行用户程序的更新了,上位机界面如图4所示。

360截图20191009151518079.jpg

图4 上位机软件界画面

结论

     通过增加一个Bootloader程序,引出一个串口就可以更新程序,使更新程序变得更加容易,在实际使用中起到了事半功倍的效果。此种方法也同样适用MSP430其他系列的单片机。



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