基于PIC單片機(jī)的應(yīng)用程序升級(jí)方法

實(shí)際應(yīng)用中，將外部非易失性存儲(chǔ)器(如E2PROM)的某些存儲(chǔ)單元值當(dāng)作是否進(jìn)行程序升級(jí)的標(biāo)志(以下簡(jiǎn)稱(chēng)程序升級(jí)標(biāo)志)。單片機(jī)上電或復(fù)位后首先執(zhí)行“GOTO0x400”指令，即跳轉(zhuǎn)到引導(dǎo)程序。默認(rèn)情況下程序升級(jí)標(biāo)志是處于“正常運(yùn)行”狀態(tài)下的，引導(dǎo)程序調(diào)用跳轉(zhuǎn)指令將用戶程序引導(dǎo)到應(yīng)用程序區(qū)，若運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)服務(wù)器有新的應(yīng)用程序版本或接收到服務(wù)器發(fā)來(lái)的升級(jí)程序命令時(shí)，單片機(jī)將程序升級(jí)標(biāo)志設(shè)置為“程序升級(jí)”狀態(tài)，然后軟件復(fù)位單片機(jī)。這時(shí)程序再次跳轉(zhuǎn)到引導(dǎo)程序，根據(jù)程序升級(jí)標(biāo)志，單片機(jī)進(jìn)入程序升級(jí)狀態(tài)，接收新的程序，并更新程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容，升級(jí)完成后，單片機(jī)將程序升級(jí)標(biāo)志設(shè)置為“正常運(yùn)行”狀態(tài)，然后再次軟件復(fù)位，此時(shí)單片機(jī)運(yùn)行于新的應(yīng)用程序中。
由于引導(dǎo)程序和應(yīng)用程序都可能用到中斷，因此應(yīng)用程序采用中斷向量表，引導(dǎo)程序采用備用中斷向量表，以執(zhí)行各自相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序。值得注意的是，在圖2(a)中引導(dǎo)程序的首址為0x000400，這是因?yàn)閐sPIC33F單片機(jī)執(zhí)行一次擦除指令會(huì)擦除512條指令空間(即1“ 塊”，占用1 024個(gè)地址單元)，這意味著程序升級(jí)必須以1 024(即0x400)為單位。同理，應(yīng)用程序的首址必須為0x400的整數(shù)倍，本文采用0x00C800。
從以上基本原理的分析可看出，程序升級(jí)功能的實(shí)現(xiàn)主要就是引導(dǎo)程序的實(shí)現(xiàn)。

2 引導(dǎo)程序的實(shí)現(xiàn)
2．1 程序流程
進(jìn)入引導(dǎo)程序后，程序的執(zhí)行流程如下：
(1)初始化電路板，包括單片機(jī)的工作頻率、外圍接口等，尤其要注意啟用單片機(jī)的“備用中斷向量表”。因?yàn)閐sPIC33F單片機(jī)復(fù)位后默認(rèn)啟用“中斷向量表”，而由基本原理的說(shuō)明可看出，引導(dǎo)程序必須采用“備用中斷向量表”。
(2)判斷程序走向，通過(guò)程序升級(jí)標(biāo)志判斷是跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用程序，還是執(zhí)行程序升級(jí)流程。
(3)若程序升級(jí)標(biāo)志為“正常運(yùn)行”，則調(diào)用GOTO指令跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用程序。
(4)若程序升級(jí)標(biāo)志為“程序升級(jí)”，則執(zhí)行程序升級(jí)流程，這是引導(dǎo)程序的重點(diǎn)。
程序升級(jí)按“塊”更新，每“塊”包含1 024個(gè)存儲(chǔ)單元(以字為單位)，即每幀數(shù)據(jù)需包含2 048個(gè)字節(jié)的程序代碼。在更新程序時(shí)并不是簡(jiǎn)單地用接收到的新程序代碼覆蓋舊程序，對(duì)于一些特殊幀需特殊處理，通過(guò)對(duì)比應(yīng)用程序編譯后的程序存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與實(shí)際應(yīng)用中的程序存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)可以很好地理解這點(diǎn)。圖2(a)所示為實(shí)際應(yīng)用中的程序存儲(chǔ)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)；(b)為應(yīng)用程序編譯后的程序存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)比這兩張圖可以看出，“GOTO指令”、“備用中斷向量表”、“引導(dǎo)程序”這些區(qū)間的程序不能直接覆蓋，若“GOTO指令”被覆蓋，則程序升級(jí)后程序直接跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用程序，不會(huì)執(zhí)行引導(dǎo)程序；若“備用中斷向量表”被覆蓋，則引導(dǎo)程序中的中斷服務(wù)程序無(wú)法執(zhí)行；若“引導(dǎo)程序”區(qū)間的內(nèi)容被覆蓋，則引導(dǎo)程序被清空，顯然會(huì)帶來(lái)災(zāi)難性的后果。因此對(duì)于第1幀數(shù)據(jù)需特別處理，該幀數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)程序存儲(chǔ)器第1塊(地址為0～0x3FF)的內(nèi)容，包含“GOTO指令”、“復(fù)位地址”、“中斷向量表”和“備用中斷向量表”的內(nèi)容，為了保證"GOTO指令”和“備用中斷向量表”的內(nèi)容不被修改，需要先讀出原“GOTO指令”和“備用中斷向量表”的內(nèi)容，替代接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中對(duì)應(yīng)位置的內(nèi)容，然后寫(xiě)入程序存儲(chǔ)區(qū)的第1塊；對(duì)于第2幀到第50幀(0xe800／0x400)，這些是引導(dǎo)程序的內(nèi)容，顯然不能做任何修改，因此這幾幀數(shù)據(jù)接收后直接丟棄；從第51幀到最后一幀，這是應(yīng)用程序的內(nèi)容，也是真正要升級(jí)的內(nèi)容，所以可直接覆蓋舊內(nèi)容。程序升級(jí)后，將程序更新標(biāo)志恢復(fù)為“正常運(yùn)行”狀態(tài)，然后復(fù)位CPU，則經(jīng)引導(dǎo)程序又進(jìn)入了新的應(yīng)用程序，從而實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用程序的升級(jí)。
基于以上說(shuō)明可得引導(dǎo)程序的詳細(xì)流程如圖3所示。