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1、C8051F 单片机的在线程序更新 C 语言实现.doc1概述C8051F 单片机是由 Silicon Laboratories 公司出品的混合信号系统级芯片（SOC），具有与MCS-51 指令集完全兼容的高速 CIP-51 内核；峰值速率可达 100MIPS；在一个芯片内集成了构成一个单片机数据采集或控制系统所需要的几乎所有模拟和数字外设及其他功能部件；具有大容量的可在系统（ISP）和在应用（IAP）编程的 FLASH 存储器。Keil C51 作为当今最通用的 C51 编程 IDE。C8051F 每个 MCU 都有一个片内符合 IEEE 1149.1 规范的 JTAG 接口和逻辑，提供生产
2、和在系统测试所需要的边界扫描功能，支持闪存的读和写操作以及非侵入式在系统调试。对于 MCU的程序更新，最方便的办法是使用 JTAG 进行程序下载，但是这需要使用专用的编程器，这在产品售出后进行更新几乎是不可能的。2整体思路在线更新程序采用串口进行程序更新，分为主程序部分和 bootloader 部分，整体思路为：1)在 MCU 复位时由主程序部分向上层 PC 发送握手信号，并等待回复；2)如果上层 PC 收到握手信号则发送握手确认信号；3)如果 MCU 在一段时间内（一般为 200ms）没有收到握手确认信号则进入主程序。4)如果 MCU 收到握手确认信号，则发送确认信号用以告诉 PC 可以进行
3、程序更新。同时 MCU 进入 BootLoader 程序准备接收更新数据5)PC 发送准备更新信号；6)MCU 清除 FLASH，发送确认信号，准备接收数据。7)PC 发送一帧数据，然后等待确认；8)MCU 将收到的数据写入 FLASH，然后发送确认帧；9)PC 在收到确认帧后回到第七步直到数据全部发送完毕；10)MCU 收完全部数据并写入 FLASH 并发送确认帧后，将写入 FLASH 的全部数据分帧一次性发送给 PC；11)PC 对收到的数据进行校验；12)如果校验失败则回到第五步重新进行程序更新；13)如果校验正确则更新完成；3程序定位与绝对地址调用在 BootLoader 程序中需要删
4、除主程序部分的 Flash，而 BootLoader 程序则必须在整个程序运行过程中都存在，因此必须将两部分程序进行分别定位。由于主程序中需要用到中断，而中断向量表必须放在程序空间的低地址，所以一般将主程序放在由 0 地址起始的位置（预设情况也是如此），将 BootLoader 程序放在高地址。本人程序中，主程序大概为 20K Byte，在给其一定余量后决定将 BootLoader 程序放在 40K 起始的位置，即 0xA000 开始的地方。程序的分块有两种方法：1.使用连接程序（link）命令将 BootLoader 程序中的所有函数进行绝对定位。但是这种办法存在很大弊端，Keil C51
5、在对程序进行优化过程中会对程序中的公用模块进行调用，比如 BootLoader 程序中只是简单的一个对数组变量的赋值，就有可能调用主程序中相类似的模块，如果这时候主程序已经被删除，则会使程序跑飞。如果采用降低优化等级的办法禁止公用模块，则会使程序体积大大提高，因此此方法不可取。2.建立两个项目，分别是主程序和 BootLoader 程序，分别进行编译。对BootLoader 程序中的函数进行绝对定位使其定位于 0xA000 之后。这样可以彻底解决上面的问题。这样在生成 Hex 文件后需要将两个 Hex 文件进行合并（具体方法见下文），虽然会增加一些麻烦但却可以解决很多问题，何乐而不为呢？Lin
6、k 命令中的函数绝对定位方法较为简单，如图 1 所示：图 1： Link 命令的程序绝对定位在采用 LX51 进行链接的情况下，打开项目设定对话框，在 LX51 页的 User Segments 框中对你所需要绝对定位的程序进行设定。Keil C51 中对于不同的程序类型有着不同名称前缀，比如对于用户函数采用“?PR?”前缀，而对于库函数采用“?C?”前缀，对于用户使用 code 定义的常量则使用“?CO?”前缀。对于函数，一般格式为?PR?FUN?FILE，其中 FUN 为用户函数名大写，FILE 是函数所在文件。具体可参考 Keil C51 帮助文件。如图所示，第一句“?PR?MAIN?B
7、OOTLOADER (C:0XA000),”将 BootLoader 中的 main 函数定位于 0XA000 地址。第二句“?PR?*?BOOTLOADER,”将除 main 函数之外的所有其他函数定位于main 函数之后。第三句“?C?*,”将所有库函数定位于用户函数之后。第四句“?CO?BOOTLOADER”将所有 BootLoader 中用到的常量定位于库函数之后。注意最后一句不需要逗号结尾。这儿可以自由设定其先后次序但是必须注意的是 main 函数必须绝对定位于 0xA000，以便于主程序进行绝对地址调用。主程序在握手成功后需要调用 BootLoader 程序中的 main 函数，但
8、是因为它们是不同的两个项目进行编译的，所以不能直接进行调用，必须采用绝对调用的方法，可以采用函数指针的方法，具体如下：void (*update)()=0xA000;/定义函数指针指向 0XA000Init_Device();/初始化芯片EA=0;/关中断if (HandShake()/主程序的握手程序update();/调用 BootLoaderEA=1;/开中断4程序优化对于主程序来说，它是一个完整的程序，所以它能够进行完全的优化方法，即可以设定为最高优化等级（9 级）。然而 BootLoader 程序在运行过程中不能调用除本身程序外的其他任何程序，但是如果采用 9 级优化则 Keil C
9、51 会在 0 地址起始的地方放置一些公用程序模块，因此BootLoader 程序的最高优化等级为 8 级。5全局变量的初始化BootLoader 中全局变量如果采用定义时初始化的办法，如“int a0”；，则会在 0 地址处存放全局变量初始化代码，这肯定也是不允许的。所以对于全局变量的初始化可以在 main 函数内进行。6堆栈指针（SP）的初始化BootLoader 程序中在低地址处会进行堆栈指针的初始化，因为 BootLoader 程序是由主程序进行调用的，所以并不会真正调用的 SP 指针初始化的程序，因此我们需要在 BootLoader 的 main函数中对 SP 指针进行初始化。具体的
10、对 SP 值设多少合适我们可以先看看程序的编译结果。如图 2 所示，BootLoader 程序编译后使用 28 个字节的 data 变量，因此我们只要设定的 SP 比 28 大即可，在本项目中设定为 64。图 2：程序编译结果7串口的使用一般在 MCU 中使用串口都是中断方式，但在 BootLoader 中，因为不能到低地址的中断向量表，因此只可以采用查询方式。8Hex 文件的处理与 Bin 文件的生成在正确生成两个 Hex 文件后，需要对它们进行合并，再使用编程器下载到芯片内部，以后就可以用串口进行在线编程了。Hex 文件为标准文本文件，每一行都具有固定的格式：”:AABBBBCCDDDDD
11、DD.ZZ”。冒号是行起始符号；AA 是本行的数据长度；BBBB 为数据存放地址；CC 为数据类型，对于 Keil C51 来说只有 00 和 01 两种，分别为“数据”和“结束”类型；DDDDD.为具体的数据；ZZ 为校验。具体请参考Hex 文件格式说明。在用文本编辑工具打开主程序和 BootLoader 的 Hex 文件后，将 BootLoader 中 BBBB 为 A000 后的所有数据（不包括结束行）都拷贝到主程序的 Hex 文件的结束行之前即可。Bin 文件是 Hex 文件的二进制格式，用它进行程序更新则 PC 端程序可以较为简单。生成 Bin 文件可以用 HexBin.exe 工具
12、。在对主程序 Hex 文件生成 Bin 文件后就可以由 PC 程序发送给 MCU 进行程序更新了。9源程序范例9.1主程序部分的握手程序/-bool HandShake()uint8 i,j,ft;uint16 k;uint8 code shakeA=0xfe,0x23,0x54,0x78,0x93,0xab;uint8 code shakeB=0x34,0x26,0xcd,0xfc,0x9d,0x77;uint8 xdata shakebuf6;SFRPAGE=1;TI1=0;SBUF1=shakeA0;SFRPAGE=0;for (i=1;i6;i+)SFRPAGE=1;while(TI1
13、=0);TI1=0;SBUF1=shakeAi;SFRPAGE=0;SFRPAGE=1;RI1=0;SFRPAGE=0;for (j=0;j100;j+)for (k=0;k10000;k+)SFRPAGE=1;ft=RI1;SFRPAGE=0;if (ft)break;Delay_u(5);if (k=10000)return false;memmove(shakebuf,shakebuf+1,5);SFRPAGE=1;RI1=0;shakebuf5=SBUF1;SFRPAGE=0;if (memcmp(shakebuf,shakeB,6)return true;return false;/
14、-9.2BootLoader 程序中的主函数/*13 7E:文件头13 13:数据 1313 81:文件尾13 3C：帧头13 C3：帧尾*/void main()uint16 buflen=0,flashpos=0;uint8 temp;uint8 xdata buf1024;bool Had13=false;SP=0x40;SendBuf(“ACK“,3);while(1)SFRPAGE=1;dotemp=RI1;while(temp=0);RI1=0;temp=SBUF1;SFRPAGE=0;if (Had13)switch (temp)case 0x13:/数据 13bufbuflen
15、+=0x13;break;case 0x7E:/文件头EraseFlash();buflen=0;flashpos=0;SendBuf(“ACK“,3);break;case 0x3C:/帧头buflen=0;break;case 0xC3:/帧尾ProgramFlash(buf,buflen,flashpos);flashpos+=buflen;SendBuf(“ACK“,3);break;case 0x81:/文件尾Had13=false;SendBuf(“ACK“,3);SendCheckData(flashpos);flashpos=0;buflen=0;break;default:BEEP_ON();Had13=false;elseif (temp=0x13)Had13=true;elsebufbuflen+=temp;/-9.3串口发送函数void SendBuf(uint8 * pbuf,uint16 length)uint16 i;SFRPAGE=1;for (i=0;ilength;i+)while(TI1=0);TI1=0;SBUF1=pbufi;S
