CN104460406A - 单线通信的方法及基于单线通信的单片机固件升级方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于单线通信的单片机固件升级方法，其中主控芯片和辅助芯片之间通过第一通信协议进行通信，一个数据传输周期的通信帧包括顺序排列的发起位、读写位、地址位以及数据位，所述方法包括下列步骤：辅助芯片接收数据；判断数据中是否读取到升级命令，若是则升级固件；判断数据是否属于单片机的闪存中的向量区，若是，则将数据位中的数据暂存，否则将数据位中的数据存入闪存；判断数据中是否读取到升级完成命令，若是，则将暂存的数据写入向量区，固件升级完成并进行重启。本发明还涉及一种基于单线通信的单片机固件升级系统，以及一种单线通信的方法。本发明单片机只需一个引脚就能够满足通信需求，能够降低单片机的成本。

Description

单线通信的方法及基于单线通信的单片机固件升级方法

技术领域

本发明涉及电数字数据处理，特别是涉及一种单线通信的方法，还涉及一种基于单线通信的单片机固件升级方法，及一种基于单线通信的单片机固件升级系统。

背景技术

在很多嵌入式产品设计中，都需要一片辅助微控制单元(Micro Control Unit，MCU)配合主控中央处理器(Central Processing Unit，CPU)实现一些外围器件的检测、控制和信息的初步处理功能，以减轻主控CPU的负担，所述辅助微控制单元为单片机。一般情况下，MCU的引脚数越少，其面积就越小，相应的功能也会受限，其成本也就越低，因此基于成本的考虑，辅助MCU会尽可能选择少引脚数的产品以降低整个嵌入式产品的成本，这就要求辅助MCU与主控CPU通信时占用更少的引脚。

同时嵌入式产品在程序升级和改进时通常需要同时升级辅助MCU的固件，但由于辅助MCU位于嵌入式产品的外壳内部，其烧录引脚不太可能暴露在嵌入式产品的外壳外部，同时由于用户也不太可能具有专门的烧录器，因此不便于用烧录器对辅助MCU进行升级。

传统的MCU之间及MCU与CPU之间的通信协议存在占用引脚多，协议复杂，需要硬件支持等限制，比如UART协议，双向通信的话需要两根数据线，即需要占用两个引脚；同时现有的MCU自升级方案多是依靠bootloader，程序复杂，占用RAM及Flash的空间过大。

发明内容

基于此，有必要提供一种只需要一个引脚即可实现单线双向通信的方法。

一种基于单线通信的单片机固件升级方法，，所述单线通信是在主控芯片与辅助芯片之间进行，所述辅助芯片为单片机，所述主控芯片和辅助芯片之间通过第一通信协议进行通信，所述第一通信协议的一个数据传输周期的通信帧包括顺序排列的发起位、读写位、地址位以及数据位，所述发起位用于通知一个数据传输周期开始，所述读写位用于表示该周期内主控芯片是向辅助芯片发送数据还是从辅助芯片读取数据，所述数据位用于携带数据，所述地址位用于表示所述数据位中数据的用途；所述方法包括下列步骤：辅助芯片接收数据；判断从所述辅助芯片接收到的数据中是否读取到升级命令，若是则升级固件；所述升级固件的步骤具体包括：判断数据是否属于辅助芯片的闪存中的向量区，若是，则将数据位中的数据暂存，否则将数据位中的数据存入闪存；判断从辅助芯片接收到的数据中是否读取到升级完成命令，若是，则将暂存的数据写入向量区，固件升级完成并进行重启。

在其中一个实施例中，所述辅助芯片接收数据的步骤之前，还包括在中断中判定发起一次数据传输的步骤。

在其中一个实施例中，所述升级固件的步骤还包括激活升级标志的步骤，以及若未读取到升级完成命令，则判断升级标志是否已激活，若是则关闭与固件升级无关的中断的步骤。

在其中一个实施例中，所述方法还包括将升级代码和循环函数写入所述辅助芯片的随机存取存储器中的步骤，所述循环函数在检测到升级标志已激活时进入死循环直至下一次中断来临。

在其中一个实施例中，所述单片机是8位单片机，所述发起位占1位，所述发起位采用半个采样周期的低电平和半个采样周期的高电平表示发起信号，所述读写位占1位，所述地址位占7位，所述数据位占8位。

在其中一个实施例中，所述读写位为0时表示该数据传输周期内主控芯片是向辅助芯片发送数据，所述读写位为1时表示该数据传输周期内主控芯片是从辅助芯片读取数据。

在其中一个实施例中，所述升级固件的步骤还包括定义闪存编程地址变量的步骤；所述判断数据是否属于闪存中的向量区的步骤是根据所述闪存编程地址变量进行判断，若是，则将数据位中的数据暂存在一个临时数组中，且所述闪存编程地址变量自加1；否则将数据位中的数据存入闪存中，且所述闪存编程地址变量自加1。

还有必要提供一种基于单线通信的单片机固件升级系统。

一种基于单线通信的单片机固件升级系统，所述单线通信是在主控芯片与辅助芯片之间进行，所述辅助芯片为单片机，其特征在于，所述主控芯片和辅助芯片之间通过第一通信协议进行通信，所述第一通信协议的一个数据传输周期的通信帧包括顺序排列的发起位、读写位、地址位以及数据位，所述发起位用于通知一个数据传输周期开始，所述读写位用于表示该周期内主控芯片是向辅助芯片发送数据还是从辅助芯片读取数据，所述数据位用于携带数据，所述地址位用于表示所述数据位中数据的用途；所述系统包括：数据接收模块，用于所述辅助芯片接收数据；固件升级模块，用于判断从辅助芯片接收到的数据中是否读取到升级命令，若是则升级固件；所述固件升级模块具体包括：向量区模块，用于判断数据是否属于所述辅助芯片的闪存中的向量区，若是，则将数据位中的数据暂存，否则将数据位中的数据存入闪存；升级完成模块，用于判断从辅助芯片接收到的数据中是否读取到升级完成命令，若是，则将暂存的数据写入向量区，固件升级完成并进行重启。

还有必要提供一种单线通信方法。

一种单线通信的方法，所述单线通信是在主控芯片与辅助芯片之间进行，所述辅助芯片为单片机，所述主控芯片和辅助芯片之间通过第一通信协议进行通信，所述第一通信协议的一个数据传输周期的通信帧包括顺序排列的发起位、读写位、地址位以及数据位，所述发起位用于通知一个数据传输周期开始，所述读写位用于表示该周期内主控芯片是向辅助芯片发送数据还是从辅助芯片读取数据，所述数据位用于携带数据，所述地址位用于表示所述数据位中数据的用途；所述方法包括下列步骤：辅助芯片对主控芯片发送的信号进行采样；判断是否检测到所述发起信号，若是，则所述辅助芯片读取主控芯片发送的信号中的读写位和地址位；若所述读写位为第一电平，则所述辅助芯片读取主控芯片发送的信号中的数据位，并结合所述地址位使主控芯片进行写操作；若所述读写位为第二电平，则所述辅助芯片向所述主控芯片发送数据位的数据，并结合所述地址位使所述主控芯片进行读操作。

在其中一个实施例中，所述单片机是8位单片机，所述发起位占1位，所述发起位采用半个采样周期的低电平和半个采样周期的高电平表示发起信号，所述读写位占1位，所述地址位占7位，所述数据位占8位。

在其中一个实施例中，所述第一电平是一个采样周期的低电平，所述第二电平是一个采样周期的高电平。

上述基于单线通信的单片机固件升级方法及系统，通过单个的通信接口进行主控芯片与辅助芯片间的通信，单片机只需一个引脚就能够满足通信需求，能够降低单片机的成本。

附图说明

通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1是单线通信方法一实施例中主控芯片向辅助芯片发送数据的时序图；

图2是单线通信方法一实施例中主控芯片从辅助芯片读取数据的时序图；

图3是一实施例中基于单线通信的单片机固件升级方法的流程图；

图4是图3所示实施例中步骤S140的具体流程图；

图5是另一实施例中基于单线通信的单片机固件升级方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本发明单片机的固件升级基于一种主控芯片(例如主控CPU)与辅助芯片(例如辅助MCU)单线双向通信的方法，发明人考虑到单片机的辅助MCU固件升级有其特殊的应用环境，例如主控CPU与辅助MCU位于同一块印刷电路板等，故特别定义了一个通信协议。该通信协议的一个数据传输周期的通信帧包括顺序排列的发起位、读写位、地址位以及数据位。其中发起位用于通知一个数据传输周期开始，读写位用于表示该周期内主控芯片是向辅助芯片发送数据还是从辅助芯片读取数据，数据位用于携带数据，地址位用于表示数据位中数据的用途。

以该通信协议应用于8位单片机为例，每个位电平持续一个采样周期，发起位占1位，读写位占1位，地址位占7位，数据位占8位。在一个实施例中，通知一个数据传输周期开始的发起信号由半个采样周期的低电平和半个采样周期的高电平组成，读写位为0(即低电平)时表示该数据传输周期内主控芯片是向辅助芯片发送数据，读写位为1(即高电平)时表示该数据传输周期内主控芯片是从辅助芯片读取数据。在其它实施例中，也可以采用1/4个采样周期的低电平、3/4个采样周期的高电平，或者其他形式的电平表示发起信号。同理，可以读写位为1时表示该数据传输周期内主控芯片是向辅助芯片发送数据，读写位为0时表示该数据传输周期内主控芯片是从辅助芯片读取数据。由于主控CPU与辅助MCU位于同一块印刷电路板上且相互电性连接，主控CPU与辅助MCU之间出现电平误判的可能性很低，因此上述通信协议省去了同步、检测等内容，采用半个采样周期的低电平和半个采样周期的高电平表示发起信号(实际上是检测到半个采样周期的低电平就表示数据传输发起)，数据格式和意义非常简单明了，1个读写位，7个地址位，8个数据位，每次通信都只有这16位。从而极大程度地简化了数据通信过程。

以下通过一个实施例对该单线通信的方法进行进一步介绍。在一个采用型号为stm8的单片机的实施例中，主控芯片向辅助芯片发送数据的方法如下：

信号线在没有通信时上拉。

主控CPU侧：CPU拉低信号线，保持半个采样周期的低电平，然后拉高信号线，保持半个采样周期的高电平。接着发送由1个读写位(0)，7个地址位组成的8位数据，再发送作为数据位的8位数据，每个位电平持续一个采样周期。最后拉高信号线，一次发送数据过程结束。

辅助MCU侧：检测到发起位半个采样周期的低电平脉冲后开启定时器，定时周期为一个采样周期，然后每个定时中断读取一位数据。首先读取八位数据组合成一个字符数据，发现读写位为0后，继续读取作为数据位的8位数据组合成一个主控CPU发送给辅助MCU的数据。结合之前读到的除去读写位的7个地址位，就能准确知道主控CPU想要发送数据的对象和内容。一次数据传输过程结束。

主控芯片向辅助芯片发送数据的时序图如图1。图1中两个“1…8”分别表示读写位+地址位组成的8位数据，以及数据位的8位数据。

同样在型号为stm8的单片机的实施例中，主控芯片从辅助芯片读取数据的方法如下：

信号线在没有通信时上拉。

主控CPU侧：CPU拉低信号线，保持半个采样周期的低电平，然后拉高信号线，保持半个采样周期的高电平。接着发送由1个读写位(1)，7个地址位组成的8位数据，再读取作为数据位的8位数据，每个位电平持续一个采样周期。最后拉高信号线，一次读取数据过程结束。

辅助MCU侧：检测到发起位半个采样周期的低电平脉冲后开启定时器，定时周期为一个采样周期。然后每个定时中断读取一个数据位，首先读取八位数据组合成一个字符数据，发现读写位为1，于是根据之前读到的除去读写位剩下的七位数据(即地址位的数据)得出CPU想要读取的数据，然后将该数据一位一位地发送给CPU。一次数据传输过程结束。

主控芯片从辅助芯片读取数据的时序图如图2所示。

上述单线通信方法利用单片机具有上升/下降沿中断能力的通用输入/输出(GPIO)接口作为通信接口，其具有可编程的输入输出能力。当需要输入数据就将该通信接口设置为输入口，当需要输出数据就设置为输出口，只要主控芯片和辅助芯片保持基本同步(一个输入一个输出)就没有问题。而通信的发起是利用gpio口的中断功能，在中断里判断主控芯片是否发起一次数据传输，然后gpio口根据需要设置为输入或输出口。

图3是一实施例中基于单线通信的单片机固件升级方法的流程图，包括下列步骤：

S110，辅助芯片接收数据。

在升级时，主控芯片首先向辅助芯片发送数据。

S120，判断从辅助芯片接收到的数据中是否读取到升级命令，若是，则执行步骤S140，否则执行步骤S130。

S120是根据地址位来判断是否包含升级命令。

S130，执行其它代码。

固件升级代码只有在读取到升级命令才调用(放在中断程序中)，平时并不起作用，所以程序在未读取到升级命令时会去执行其它部分的代码，不会影响主程序的执行。

S140，升级固件。

图4示出了升级步骤S140的具体流程：

步骤S120中根据判断结果决定跳转到步骤S122还是S142。

S122，判断数据位中的数据是否属于单片机的flash中的向量区，若是，则执行步骤S124，否则执行步骤S126。

S124，将数据位中的数据暂存。

步骤S124完成后，一个数据传输周期结束。系统会等待下一个数据传输周期的到来，然后重复自S120开始的步骤。

S126，将数据位中的数据存入闪存中相应的地址。

步骤S126完成后，一个数据传输周期结束。系统会等待下一个数据传输周期的到来，然后重复自S120开始的步骤。

S142，判断是否读取到升级完成命令，若是，则执行步骤S144；否则执行步骤S130。

固件升级的所有数据发送完毕后，主控芯片会向辅助芯片发送升级完成命令，代表所有的升级数据全部发送完成。

S144，将暂存的数据写入向量区。

将步骤S124中暂存的数据一起写入单片机的flash。向量区是指单片机内部存放的一些跳转指令或地址。这个区域决定了发生中断或复位以后应该跳转到哪个地方去执行中断处理程序，向量区是中断程序能否正常运行的关键代码区域。本实施例中将属于向量区的数据先进行暂存，待其它升级数据都写入完毕后再写入flash中。

S146，升级完成，进行重启。

升级完成后进行软件重启。

上述基于单线通信的单片机固件升级方法，通过单个的GPIO接口进行主控芯片与辅助芯片间的通信，单片机只需一个引脚就能够满足通信需求，能够降低单片机的成本。

图5是另一实施例中基于单线通信的单片机固件升级方法的流程图，包括下列步骤：

S202，将升级代码和循环函数写入单片机的随机存取存储器中。

由于升级开始后直到升级结束，除升级代码外的其它代码以及中断都应该停止运行，所以设置了一个循环函数，用于在检测到升级标志已激活时进入死循环直至下一次中断来临，以防止主程序在升级过程中跑飞。在本实施例中，循环函数采用while(1)。

S204，中断开始。

升级代码是在中断里执行的。

S208，发起一次数据传输。

检测到发起位中的发起信号，在中断中判定发起一次数据传输。

S210，辅助芯片接收数据。

S220，判断从辅助芯片接收到的数据中是否读取到升级命令，若是，则执行步骤S221，否则执行步骤S242。

S221，激活升级标志。

在本实施例中，通过将升级标志置为1来表示激活。激活升级标志的同时，程序还会定义一个flash编程地址变量。

S222，判断数据位中的数据是否属于单片机的flash中的向量区，若是，则执行步骤S224，否则执行步骤S226。

S224，将数据位中的数据暂存。

将数据暂存在一个临时数组中，且flash编程地址变量自加1。步骤S224完成后，一个数据传输周期结束，系统会等待下一个数据传输周期的到来，即等待下一次中断到来，然后重新回到步骤S204。

S226，将数据位中的数据存入闪存中相应的地址。

存入的同时flash编程地址变量自加1。

步骤S226完成后，一个数据传输周期结束。系统会等待下一个数据传输周期的到来，即等待下一次中断到来，然后重新回到步骤S204。

S242，判断是否读取到升级完成命令，若是，则执行步骤S244；否则执行步骤S252。

S244，将暂存的数据写入向量区。

S246，升级完成，进行重启。

S252，判断升级标志是否已被激活，若是，则执行步骤S254，否则执行其它代码。

若升级标志未被激活，则去执行其它部分的代码，不进行固件升级。

S254，关闭与固件升级无关的中断。

进入while(1)循环，什么都不干等待下一次中断，然后重新回到步骤S204。

图5所示的基于单线通信的单片机固件升级方法，用很简单的代码即可实现，因此占用的RAM容量很小，可以节省RAM的成本。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种基于单线通信的单片机固件升级方法，，所述单线通信是在主控芯片与辅助芯片之间进行，所述辅助芯片为单片机，其特征在于，所述主控芯片和辅助芯片之间通过第一通信协议进行通信，所述第一通信协议的一个数据传输周期的通信帧包括顺序排列的发起位、读写位、地址位以及数据位，所述发起位用于通知一个数据传输周期开始，所述读写位用于表示该周期内主控芯片是向辅助芯片发送数据还是从辅助芯片读取数据，所述数据位用于携带数据，所述地址位用于表示所述数据位中数据的用途；所述方法包括下列步骤：

辅助芯片接收数据；

判断从所述辅助芯片接收到的数据中是否读取到升级命令，若是则升级固件；

所述升级固件的步骤具体包括：

判断数据是否属于辅助芯片的闪存中的向量区，若是，则将数据位中的数据暂存，否则将数据位中的数据存入闪存；

判断从辅助芯片接收到的数据中是否读取到升级完成命令，若是，则将暂存的数据写入向量区，固件升级完成并进行重启。

2.根据权利要求1所述的基于单线通信的单片机固件升级方法，其特征在于，所述辅助芯片接收数据的步骤之前，还包括在中断中判定发起一次数据传输的步骤。

3.根据权利要求2所述的基于单线通信的单片机固件升级方法，其特征在于，所述升级固件的步骤还包括激活升级标志的步骤，以及若未读取到升级完成命令，则判断升级标志是否已激活，若是则关闭与固件升级无关的中断的步骤。

4.根据权利要求3所述的基于单线通信的单片机固件升级方法，其特征在于，所述方法还包括将升级代码和循环函数写入所述辅助芯片的随机存取存储器中的步骤，所述循环函数在检测到升级标志已激活时进入死循环直至下一次中断来临。

5.根据权利要求1所述的基于单线通信的单片机固件升级方法，其特征在于，所述单片机是8位单片机，所述发起位占1位，所述发起位采用半个采样周期的低电平和半个采样周期的高电平表示发起信号，所述读写位占1位，所述地址位占7位，所述数据位占8位。

6.根据权利要求5所述的基于单线通信的单片机固件升级方法，其特征在于，所述读写位为0时表示该数据传输周期内主控芯片是向辅助芯片发送数据，所述读写位为1时表示该数据传输周期内主控芯片是从辅助芯片读取数据。

7.根据权利要求1所述的基于单线通信的单片机固件升级方法，其特征在于，所述升级固件的步骤还包括定义闪存编程地址变量的步骤；所述判断数据是否属于闪存中的向量区的步骤是根据所述闪存编程地址变量进行判断，若是，则将数据位中的数据暂存在一个临时数组中，且所述闪存编程地址变量自加1；否则将数据位中的数据存入闪存中，且所述闪存编程地址变量自加1。

8.一种基于单线通信的单片机固件升级系统，所述单线通信是在主控芯片与辅助芯片之间进行，所述辅助芯片为单片机，其特征在于，所述主控芯片和辅助芯片之间通过第一通信协议进行通信，所述第一通信协议的一个数据传输周期的通信帧包括顺序排列的发起位、读写位、地址位以及数据位，所述发起位用于通知一个数据传输周期开始，所述读写位用于表示该周期内主控芯片是向辅助芯片发送数据还是从辅助芯片读取数据，所述数据位用于携带数据，所述地址位用于表示所述数据位中数据的用途；所述系统包括：

数据接收模块，用于所述辅助芯片接收数据；

固件升级模块，用于判断从辅助芯片接收到的数据中是否读取到升级命令，若是则升级固件；

所述固件升级模块具体包括：

向量区模块，用于判断数据是否属于所述辅助芯片的闪存中的向量区，若是，则将数据位中的数据暂存，否则将数据位中的数据存入闪存；

升级完成模块，用于判断从辅助芯片接收到的数据中是否读取到升级完成命令，若是，则将暂存的数据写入向量区，固件升级完成并进行重启。

9.一种单线通信的方法，所述单线通信是在主控芯片与辅助芯片之间进行，所述辅助芯片为单片机，其特征在于，所述主控芯片和辅助芯片之间通过第一通信协议进行通信，所述第一通信协议的一个数据传输周期的通信帧包括顺序排列的发起位、读写位、地址位以及数据位，所述发起位用于通知一个数据传输周期开始，所述读写位用于表示该周期内主控芯片是向辅助芯片发送数据还是从辅助芯片读取数据，所述数据位用于携带数据，所述地址位用于表示所述数据位中数据的用途；所述方法包括下列步骤：

辅助芯片对主控芯片发送的信号进行采样；

判断是否检测到所述发起信号，若是，则所述辅助芯片读取主控芯片发送的信号中的读写位和地址位；

若所述读写位为第一电平，则所述辅助芯片读取主控芯片发送的信号中的数据位，并结合所述地址位使主控芯片进行写操作；

若所述读写位为第二电平，则所述辅助芯片向所述主控芯片发送数据位的数据，并结合所述地址位使所述主控芯片进行读操作。

10.根据权利要求9所述的单线通信的方法，其特征在于，所述单片机是8位单片机，所述发起位占1位，所述发起位采用半个采样周期的低电平和半个采样周期的高电平表示发起信号，所述读写位占1位，所述地址位占7位，所述数据位占8位。

11.根据权利要求9或10所述的单线通信的方法，其特征在于，所述第一电平是一个采样周期的低电平，所述第二电平是一个采样周期的高电平。