基于CAN總線的在線更新機制的設計實現(xiàn)

　　0引言

　　分散型控制系統(tǒng)中的現(xiàn)場終端一般由控制器和各檢測模塊構成，它們之間通過一定的通信網(wǎng)絡建立數(shù)據(jù)的交換鏈路。這種系統(tǒng)具有高可靠、開放性、靈活性、協(xié)調性、易維護等優(yōu)點。然而，該分散型系統(tǒng)也具有終端數(shù)量多、分布范圍廣的特點。一旦終端系統(tǒng)軟件存在缺陷或用戶提出新的功能和指標要求時，其升級、維護的工作量和成本都非常大。本文針對上述情況，設計了一種方便、靈活、快速及穩(wěn)定地對MCU節(jié)點進行在線更新的機制?；?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/LPC11C24">LPC11C24微控制器組成的CAN網(wǎng)絡，采用IAP編程技術(In Application Programming)，實現(xiàn)了對目標節(jié)點MCU的軟件更新功能。

　　1 LPC11C24單片機和CAN總線

　　恩智浦半導體(NXP)推出業(yè)界首款內嵌易用型片上CANopen驅動，集成高速CAN物理層收發(fā)器的微控制器LPC11C22和LPC11C24.作為一種獨特的系統(tǒng)級封裝解決方案，LPC11C22和LPC11C24集成了TJF1051CAN收發(fā)器，在低成本LQFP48封裝中實現(xiàn)了完整的CAN功能。

　　控制器局域網(wǎng)絡(Controller Area Network，CAN)是由研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國BOSCH公司開發(fā)了的，并最終成為國際標準(ISO11898)。它是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。近年來，其所具有的高可靠性和良好的錯誤檢測能力受到重視，被廣泛應用于汽車計算機控制系統(tǒng)和環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強和振動大的工業(yè)環(huán)境。

　　2在線更新機制架構

　　系統(tǒng)架構主要由2部分組成：由各個MCU組成的CAN網(wǎng)絡;安裝在PC機上的USB-CAN通信卡，可以使PC機連上CAN網(wǎng)絡，進行數(shù)據(jù)通信，系統(tǒng)構架如圖1所示。軟件也包括2部分：運行在PC機的上位機軟件，提供用戶操作界面，將應用程序代碼通過CAN總線發(fā)送給節(jié)點;運行在節(jié)點的啟動程序，主要是響應下載命令，接受代碼，把代碼寫入FLASH，引導應用程序。

　　圖1 系統(tǒng)架構

　　3在線更新機制的設計

　　3.1 IAP編程技術

　　IAP是應用在FLASH程序存儲器的一種編程模式，即在某段程序的控制下完成對FLASH的讀/寫操作，可以控制對某段、某頁、甚至某個字節(jié)的讀寫操作。

　　LPC11C24單片機支持并提供9條IAP命令：

　?、贉蕚鋵懖僮鞯纳葏^(qū);

　?、趯AM內容復制到FLASH;

　　③擦除扇區(qū);

　?、苌葏^(qū)查空;

　　⑤讀器件ID;

　?、拮xBoot代碼版本;

　?、弑容^;

　?、嘀匦抡{用ISP;

　?、嶙xUID.

　　3.2 FLASH空間分配

　　LPC11C24有32KB的FLASH空間，共分為8個扇區(qū)，每個扇區(qū)的大小為4KB.為了使程序更新和應用程序更加獨立，本文將FLASH空間分為3個區(qū)，分別為啟動程序區(qū)，應用程序區(qū)，用戶數(shù)據(jù)區(qū)。

　　其中①啟動程序是一段特定的駐留代碼，專門用于接收來自主機新的代碼，將其燒寫到相應的FLASH空間，完成后跳轉到應用代碼區(qū)去執(zhí)行新的程序，代碼比較少，編譯生成的映像文件小于4KB，每次系統(tǒng)上電或重啟后先執(zhí)行啟動程序。

　?、趹贸绦蚴钦嬲龑崿F(xiàn)用戶功能的代碼。

　　③用戶數(shù)據(jù)區(qū)是用于存儲應用程序的一些設置和數(shù)據(jù)。

　　3.3中斷向量表重映射與復制

　　LPC11C24支持32個向量中斷，中斷向量表默認位于FLASH的第一個4KB空間，地址從0x00000000~0x00000079.按照前面的設計，啟動程序占用第一個4KB的空間，當跳轉到應用程序時，實際的中斷向量表是位于0x00001000~0x00001079的空間。但LPC11C24系列的單片機不支持自定義中斷向量表的地址，只支持將中斷向量表從FLASH重映射到RAM.

　　為了能讓應用程序實現(xiàn)正常的中斷處理，啟動程序在跳轉到應用程序之前還需要將應用程序的中斷向量表復制并映射到RAM[10].

　　代碼實例如下：

　　3.4啟動程序和應用程序的設計與固化

　　程序都在Keil for ARM集成環(huán)境下編寫并編譯。

　　首先在Keil軟件下新建基于LPC11C24的工程，并配置FLASH和SRMA的起始地址和大小。具體如表2所示。

　　3.5啟動程序與應用程序之前的跳轉

　　在啟動程序中定義應用程序的地址，#defineAPP_CODE_ADDR (0x00001000)，程序跳轉的代碼采用匯編語言編寫，代碼實例如下：