CN102820061A - 嵌入式远程设备程序烧写装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种嵌入式远程设备程序烧写装置及方法，属于嵌入式远程设备程序转换技术领域。包括智能终端、网口、串口/USB口、JATG口、仿真器、电子开关及目标机，还包括用于将以太网口的信息转换到串口的以太网口串口转换器，本发明提出的串口烧写方法，该方法与以往基于JTAG接口进行烧写的方法相比，不会受到空间和传输距离的限制，这种方法易于操作、方便调试、可有效降低维护成本。

Description

嵌入式远程设备程序烧写装置及方法

技术领域

本发明属于嵌入式远程设备程序转换技术领域，特别涉及一种嵌入式远程设备程序烧写装置及方法。

背景技术

在一个控制系统的硬件系统与软件程序设计完成后，需要将软件程序写入FLASH存储器中，以解决控制器会因掉电而将程序擦除的问题，实现系统脱机运行的目的。目前，烧写方法大多是基于JTAG接口( Joint Test Action Group ，联合测试行动小组，是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试及对系统进行仿真、调试)进行的，这种方法有易于操作、方便调试的优点，但会受到空间和传输距离的限制。例如：一台安装在复杂、封闭的环境下的DSP（数字信号处理）系统，当程序需要更新或升级时，很难利用JTAG接口实现FLASH的在线烧写。

基于JTAG接口的烧写技术虽应用于研发调试阶段，但对于定型阶段，特别是对于机载、弹载设备的外场加载和远程控制则很难实现。

发明内容

针对现有方法存在的不足，本发明提出一种利用串口烧写程序的方法，以达到更加方便快捷高效地实现系统程序更新或升级的目的。

本发明的技术方案是这样实现的：一种嵌入式远程设备程序烧写装置，包括智能终端、网口、串口/USB口、JATG口、仿真器、电子开关及目标机，还包括用于将以太网口的信息转换到串口的以太网口串口转换器，以太网口串口转换器的输入端连接网口，以太网口串口转换器的输出端连接串口/USB口。

所述的太网口串口转换器，为一种嵌入式装置，可安装于目标机中或者网口端或串口端。

采用嵌入式远程设备程序烧写装置进行串口烧写的方法，包括以下步骤：

步骤1：智能终端通过JTAG端口将烧写程序烧写至目标机的FLASH存储器中；

步骤2：通过电子开关，切换至串口通讯；

步骤3：以串口代替JTAG端口，用于智能终端与目标机的连接；

步骤4：目标机进行上电或复位操作；

步骤5：检测接口转换器是否接通，若不接通，重复步骤5，若接通，执行步骤6；

步骤6：目机查询智能终端的I/O端口状态，若需要进行用户应用程序烧写，则执行步骤8，否则，执行步骤7；

步骤7：目标机执行用户应用程序，并反复继续执行步骤6，对智能终端的I/O端口进行监测；

步骤8：智能终端查询是否已与目标机建立通讯连接，若建立联系，则执行步骤9，否则，执行步骤7；

步骤9：智能终端通过串口发送用户应用程序至目标机内存中；

步骤10：目标机判断用户应用程序是否接受完毕，若接受完毕，则执行步骤11，否则，执行步骤12；

步骤11：目标机将用户应用程序写至目标机内的FLASH存储器；

步骤12：判断是否烧写完毕，若完毕，则执行步骤13，否则，执行步骤11；

步骤13：结束。

本发明优点：本发明是一种串口烧写方法，该方法与以往基于JTAG接口进行烧写的方法相比，不会受到空间和传输距离的限制，这种方法易于操作、方便调试、可有效降低维护成本。本发明采用串口“烧写程序”烧写“用户应用程序”，改变了传统的烧写方式，操作简单，实施方便有效。

附图说明

图1为本发明一种实施方式硬件结构总框图；

图2为本发明一种实施方式串口与以太网口接口转换器框图；

图3为本发明一种实施方式控制单元电路原理图；

图4为本发明一种实施方式RJ45网络接口电路原理图；

图5为本发明一种实施方式通过以太网接口写程序流程图；

图6为本发明一种实施方式串口与以太网口接口传递数据流程图；

图7为本发明一种实施方式USB接口转串口电路原理图；

图8为本发明一种实施方式串口数据电平转换电路原理图；

图9为本发明一种实施方式远程串口烧写程序流程图；

图10为本发明一种信号在硬件传输的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细的说明。

本发明的一种实施方式，以微型燃机发电机励磁控制系统为例，对烧写过程加以说明。

串口烧写的硬件结构如图1所示，包括智能终端(包括PC机和笔记本)、网口、以太网口串口转换器、串口/USB口、JATG口、仿真器（是一种用于第一次将程序烧写进目标机的装置）、电子开关及目标机，其中，若采用台式PC机对目标机进行烧写，则采用一根9针插头的串口线与目标机连接；若采用笔记本对目标机进行烧写，则可采用USB转换串口技术实现笔记本与目标机的连接，目标机可采用单片机、DSP等，本实施方式中采用型号为TMS320F2812的DSP(中央处理单元)作为目标机。

本实施方式的串口转换技术采用RS232串口与RJ45接口方式实现，如图2所示，以太网口串口转换器由控制单元，网络接口单元和电源单元构成。当数据从目标机发送到互联网, 则目标机发送的异步串行数据帧经过转换器后,数据帧被转换成以太网数据帧,进而上传到以太网，最后传到互联网。这就需要能实现数据的收发和数据的格式转换的控制单元，本实施方式采用由单片机，锁存器，储存器电路组成控制单元，其中，单片机选用8位MCU,型号选用MC68HC08。该芯片内部有32kB的大容量程序存储器,同时提供ISP在线编程功能,方便程序调试以及软件升级。

网络接口单元合计：网络接口单元由以太网控制器 、存储器和耦合隔离变压器等组成。对于以太网控制器，本实施方式选用LXT972ALC作为接口收发芯片，LXT972ALC 是一个遵守快速以太网协议的接口收发芯片,支持10/100MAC 的标准MII ,它是物理层设备,完成参考模型中以IEEE802.3 标准定义的物理编码子层、物理媒体附加层和物理媒体独立子层的功能。LXT972ALC 设备实现了标准IEEE802.3 定义的MII 提供了从MAC到LXT972ALC 数据传输的独立通道。每一个通道都有各自的时钟、数据总线和控制信号。MAC每一次发送都使用先导模式,当LXT972ALC检测到先导符时,它发送一个帧开始符,然后进行编码和发送数据包的剩余部分,包含包数据和CRC。当包结束时,LXT972ALC 发送包结束分解符,然后转为发送空闲标识符。实施方式硬件电路如图3所示。

控制单元设计：鉴于MC68HC0单片机片内 RAM 空间较小,本实施方式为MC68HC0 扩展一片62256外部数据存储器,以完成数据包的接收和处理，62256外部数据储存器用于临时存储串口发来的数据和以太网发来的数据帧 ,其中片选信号/OE和/WE分别连接MC68HC0的/RD 和/WR,/CE连接 MC68HC P2 .7口,外部数据存储器 62256占用单片机的外部数据地址空间0000H～7FFFH,电平转换芯片 MAX232 外接少量元件就可实现TTL电平与RS2232电平的转换。实施方式硬件电路如图4所示。

由于LXT972ALC工作时处于在跳线模式,且IOS0I、IOS3接高电平,IOS1、IOS2接低电平,而LXT972ALC的I/O基地址是240H ,因为单片机LXT972ALC靠读写总线和地址总线对LXT972AL进行操作,所以把单片机地址总线 ADDR8～ADDR12 和ADDR15分别与LXT972ALC地址总线的SA0～SA4和SA6相连, SA5、SA7、SA8和S A10 ～S A19 全部接地，SA9接高电平,SA5、SA7、SA8和 SA10～SA19全部接地 ,单片机LXT972ALC的I/O基地址240H映射到单片机地址的8000H ,这样对LXT972ALC基址的操作可通过单片机对片外数据存储器8000H 的访问来实现。而LXT972ALC的数据接收、发送引脚 TPIN-、TPIN-、TPOUT-和TPOUT+通过隔离滤波变压器与以太网接口相连，本实施方式中耦合隔离变压器可实现信号传输、高电压隔离、杂波抑制以及阻抗匹配等作用。

采用MC68HC0控制LXT972ALC的各种操作,网络数据流通过以太网RJ45接口进入LXT972ALC的缓冲区,然后经过LXT972ALC处理后被MC68HC0读入到62256暂存,62256暂存的数据通过串口传送到目标机；在向以太网发送数据时,目标机经串口发送数据包至单片机MC68HC0在62256数据存储器中开辟的数据缓冲区,然后利用远程 DMA 操作将组帧后的数据写入LXT972ALC的片内SRAM,经由RJ45接口发送到以太网。如图5和图6所示。

电源单元：为简化转换器的结构和成本,电源外置,采用两种方式供电,一种是采用USB电源供电 ,另一种是采用+5V通用电源器供电。以太网口串口转换器设计了两种电源接口。

图7所说的USB转换串口技术是指，当智能终端不存在串口、只存在USB接口时，将USB接口转换成串口的技术。本实施方式给出一种USB转换串口技术的电路原理图，该实施电路包括：串口/USB口和USB转UART桥接器，本实施方式采用CP2101芯片作为USB 转 UART 桥接器，该桥接器提供一个使用最小化的元件和PCB空间，实现RS232 转USB 的简便的解决方案。所述的CP2101芯片包含了一个USB功能控制器、USB收发器、振荡器和带有全部调制解调器控制信号的异步串行数据总线(UART)。CP2101芯片作为USB／RS232双向转换器，一方面，可以从PC机或笔记本接收USB数据，并将其转换为RS232信息流格式发送给目标机；另一方面，可从RS232外设接收数据，并将数据转换为USB数据格式传送至PC机或笔记本，其中包括控制和握手信号。

利用串口进行烧写时，PC机或笔记本与DSP(或单片机)的电路连接图与串口通信的原理图一致，由于DSP(或单片机)是TTL电平，即其将大于2.4V的电压信号作为逻辑1，将小于0.4V的电压信号作为逻辑0；而PC机或笔记本是RS232电平，即其将-3V~-15V的电压信号作为逻辑1，将+3V~+15V的电压信号作为逻辑0。所以DSP（或单片机）和PC机或笔记本不能直接通信，需要数据电平转换。在5V系统中可采用MAX232，MAX202，RS232等芯片，在本实施方式所示的微型燃机发电机励磁控制系统中，即其DSP的工作电压为3.3V，采用SP3232芯片，实现电平转换，电路原理图如图8所示。

本发明提出的嵌入式远程设备程序转换烧写程序的方法几乎所有的控制系统如（单片机，DSP）都可以实现串口通信。串口烧写可以有效地解决JTAG接口烧写所遇到的困境和难题，只需要一根串口线就可以完成系统程序的更新或升级。一般来说，基于JTAG接口的烧写技术应用于研发调试阶段,可有效提高项目进度；而串口烧写FLASH技术不仅可以应用于研发调试阶段，还可以应用于定型阶段,可有效降低维护成本,特别是对于机载、弹载设备的外场加载和远程控制非常实用。

本发明的一种实施方式，以微型燃机发电机励磁控制系统为例，以TMS320F2812作为目标机，以CCS（Code Composer Studio，是一款代码调试器，用于实现DSP系统相应程序的编译烧写和运行）为编译环境，来说明整个串口烧写方法的具体实施过程，流程如图9所示。该流程开始于步骤401。在步骤402，PC机或笔记本通过JTAG口使用CCS插件将烧写程序烧写到目标机的FLASH存储器中，具体方法为：在TI官方网站上下载与TMS320DSP型号的DSP相应的FLASH烧写插件，其中插件版本必须与TMS320DSP型号的DSP版本型号对应，否则无法完成烧写。安装插件成功后，在CCS编译器内进行编译，当CCS编译器通过JTAG接口发现可用DSP资源后，即可开始烧写。

对TMS320F2812片上的FLASH存储器进行烧写，首先要对CCS编译器进行设置，过程如下：

（1）配置频率：使CCS插件的配置跟DSP的配置相匹配，利用CCS插件的OSCCLK(MHz)指定输入时钟频率值，利用CCS插件的PLLCR value指定PLLCR寄存器值。根据整个系统及DSP外围电路的时钟频率以及需要的寄存空间来设置这两个值，通过这两个值，使得CCS插件与DSP匹配。

（2）CSM配置，实现对烧写程序的上锁保密功能：

初始的CCS插件界面上所有操作菜单全部为虚，因此可将128位CSM全部写“1”完成解锁操作。解锁后，用户可自行设置密码，若想查看或修改烧写程序可通过密码解锁，但是对于密码，不能设置为全“0”，CSM八组Key值若全部写“0”，则FLASH存储器将被锁死，所以必须谨慎使用。

（3）CCS插件的配置信息

CCS插件配置最重要的功能是指定CCS插件与CCS编译器的接口文件(CCS编译器自带的可以实现接口导通的文件，CCS插件需要保存记录这个文件的路径，并在这个文件的路径下实现用户应用程序的烧写)，为保证CCS插件正常工作，要指定CCS编译器与DSP连接的API接口文件。

（4）擦除扇区控制

TMS320F2812片上FLASH分成10个相对独立的扇区，通过CCS插件可实现对任意扇区的擦除。

（5）设置编译文件

将用户应用程序所在的文件夹，作为CCS编译器的默认路径。完成设置后，CCS编译器在编译的时候就直接从这个路径下调用用户应用程序。

配置好CCS编译器后，PC机或笔记本通过JTAG端口将烧写程序烧写到目标机的FLASH存储器中。由于FLASH存储器用来存放从串口接收来的用户应用程序，而TMS320F2812型DSP芯片上的FLASH存储器不支持在其中一个扇区运行程序，去擦除或烧写其他扇区的操作，故已接收到的串口烧写程序，需由FLASH存储器搬移至片内RAM或片外RAM上运行。所述的搬移操作，用户只需简单的读出和写入操作即可实现。

在步骤403，将电子开关拨到串口。

在步骤404，以串口代替JTAG端口，用于PC机或笔记本与目标机(DSP)的连接。由此步骤开始，即利用串口烧写程序对用户应用程序进行烧写。

在步骤405中，目标机(DSP)进行上电或复位操作。目标机（TMS320F2812型的DSP）上电复位后，目标机(DSP)的XMP／MC引脚为低电平，此时目标机(DSP)处于计算机模式。目标机(DSP)的CPU将从内部Boot Rom(一种只读存储器)获得复位向量。复位向量指向Boot Rom并执行其内部的初始化硬件程序(例如：Boot loader)，执行完毕后确定从目标机(DSP)内部的FLASH启动。初始化硬件程序指针跳转到FLASH存储器的0X3F7FF6处，这个地址是同定的，因此烧写程序必须烧写在以这个地址为起始地址的空间内。或者在0X3F7FF6烧写一条跳转指令．上电复位后通过跳转指令跳转到用户应用程序所在地址。

在步骤406中，检测太网口串口转换器是否接通，若接通则执行步骤407，否则，重复执行步骤406，直至网口串口转换器的状态为接通。

在步骤407中，目标机(DSP)查询PC机或笔记本的I/O端口状态，判断是否开始烧写用户应用程序。其中的通用I/O端口可由用户自行确定。目标机(DSP)进行上电复位后，该I/O端口需保持不可用状态。若I/O端口不断变化(即一会可用，一会不可用)，会导致不间断烧写程序或者不能正确跳转到用户应用程序。接下来，判断是否需要进行程序烧写，若需要，则执行步骤408；否则，执行步骤407；

步骤408：目标机(DSP)执行用户当前应用程序(即DSP正在处理的程序)，并反复继续执行步骤407，对PC机或笔记本的I/O端口进行监测；

步骤409：采用与步骤407相同的方法，通过判断I/O端口的状态来检测串口当前是否已经联通，即判断智能终端是否已与目标机建立通讯连接，若建立联系，则执行步骤410，否则，执行步骤408；

步骤410：智能终端通过串口发送用户应用程序至目标机内存中，本发明的实施方式采用串口接收中断服务程序完成，该中断服务程序可以实现用户应用程序的读出和写入，并可以确定用于保存用户应用程序的内存尚未被占用(即处于可用状态)。

步骤411：判断用户应用程序是否接受完毕。检测步骤410的中断服务程序，如出现中断(说明用户应用程序存放完毕)，即表示接受完毕，则执行步骤412，否则，执行步骤410。

步骤412：目标机内存中的用户应用程序烧写至目标机内的FLASH存储器的指定扇区。本发明的实施方式中，用于存放用户应用程序的FLASH扇区由用户自行指定。对于指定好的扇区，首先进行擦除操作，指定哪个扇区需要被擦除，就将整个扇区置0；然后开始烧写用户应用程序：首先，确定FLASH存储器中上述指定扇区的烧写地址，并确定需要烧写的空间长度，所需长度能够存储用户应用程序代码即可，然后把用户应用程序从该空间的首地址开始放入。

步骤413：判断是否烧写完毕。校验是否烧写完毕，取一个比用户应用程序长的程序(可由用户自行设置，例如，其内容可全取高电平)作为比较文件，确定该比较文件的首地址，并指定存放用户应用程序的首地址，然后依次对两个程序代码作比较，若用户应用程序(用过高低电平形式来控制励磁机的工作)内的控制代码电平常低于比较文件的电平，则表示烧写完毕，则执行步骤414，否则，执行步骤412；

步骤414：烧写结束，系统复位。

这样便通过串口完成了对TMS320F2812型的DSP的用户应用程序烧写，实施方便快捷，从而实现对微型燃机发电机励磁控制系统的控制。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本技术领域内的熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (3)

1.一种嵌入式远程设备程序烧写装置，包括智能终端、网口、串口/USB口、JATG口、仿真器、电子开关及目标机，其特征在于：还包括用于将以太网口的信息转换到串口的以太网口串口转换器，以太网口串口转换器的输入端连接网口，以太网口串口转换器的输出端连接串口/USB口。

2.根据权利要求1所述的嵌入式远程设备程序烧写装置，其特征在于：所述的太网口串口转换器，为一种嵌入式装置，可安装于目标机中或者网口端或串口端。

3.采用权利要求1所述的嵌入式远程设备程序烧写装置进行串口烧写的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：智能终端通过JTAG端口将烧写程序烧写至目标机的FLASH存储器中；

步骤2：通过电子开关，切换至串口通讯；

步骤3：以串口代替JTAG端口，用于智能终端与目标机的连接；

步骤4：目标机进行上电或复位操作；

步骤5：检测接口转换器是否接通，若不接通，重复步骤5，若接通，执行步骤6；

步骤6：目机查询智能终端的I/O端口状态，若需要进行用户应用程序烧写，则执行步骤8，否则，执行步骤7；

步骤7：目标机执行用户应用程序，并反复继续执行步骤6，对智能终端的I/O端口进行监测；

步骤8：智能终端查询是否已与目标机建立通讯连接，若建立联系，则执行步骤9，否则，执行步骤7；

步骤9：智能终端通过串口发送用户应用程序至目标机内存中；

步骤10：目标机判断用户应用程序是否接受完毕，若接受完毕，则执行步骤11，否则，执行步骤12；

步骤11：目标机将用户应用程序写至目标机内的FLASH存储器；

步骤12：判断是否烧写完毕，若完毕，则执行步骤13，否则，执行步骤11；

步骤13：结束。

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