CN108733396A - 8位高性能单片机程序软件的在线加载方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种8位高性能单片机程序软件的在线加载方法，旨在提供一种升级过程不用打开设备箱体，不需要取下程序存储器的在线升级方法。本发明通过下述技术方案予以实现：在程序烧写状态下，通过PC机将需升级的二进制文件BIN发送至8位高性能单片机自带的串口，PC机通过串口软件将8位高性能单片机的需升级的可执行二进制BIN代码文件，通过PC机发送至8位高性能单片机的串口，8位高性能单片机串口将收到的二进制代码，按顺序存放于随机存取存储器RAM中；将RAM中存放的数据写入到FLASH程序存储器1存储芯片；在FLASH程序存储器2中程序的运行下，把RAM中缓存的BIN文件一次性写入到FLASH程序存储器1中完成烧写。

Description

8位高性能单片机程序软件的在线加载方法

技术领域

本发明涉及一种数据处理领域8位高性能程序软件的在线加载方法，尤其是广泛运用于各种小型控制系统MCS-51系列单片机中的80C31单片机程序软件的在线加载方法。

背景技术

随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用,出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位16位32位通用型单片机,以及小型廉价的专用型单片机。其中，80C31单片机是INTEL公司MCS-51系列单片机中最基本的产品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，标准MCS-51单片机的体系结构和指令系统。80C31内置中央处理单元、128字节内部数据存储器RAM、32个双向输入/输出(I/O)口、2个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。但80C31片内并无程序存储器，需外接ROM。此外，80C31还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。80C31有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)两种封装形式。传统的单片机片内程序存储器一般为1K~8K,片内数据存储器为256字节以下。在某些复杂的应用上,片内不论是程序存储器还是数据存储器都是容量不够,必须采用外接方式进行扩充。单片机80C31具有四个并行口,一个串行并有128字节的随机存取存储器,其内存容量极为有限。为了存放程序和数据,系统需要外扩一片6264(容量为RAM作为数据寄存器。使用8031单片机作为工业控制过程中的控制核心，虽然可以通过软件编程实现各种控制功能。但使用80C31作为微处理器的工业产品交付用户后，经过一段时间运行使用后需要以程序软件升级。在当需要以程序软件升级的方式实现产品功能升级改进时，以往的通常做法是将程序存储器从端机或设备中取出，然后将程序存储器插入专用的烧写工具（如ALL-11），配合专用的烧写软件进行软件烧入。烧入完成后，还需将程序存储器重新装回设备，并加电验证烧入软件的正确性。在外场尤其是条件恶劣的野外，这种方法的最大弊端是需要打开已交付设备箱体，再次装回时需要重新加固，对外场的软件升级人员提出了较高要求。这种通常的程序软件升级方法主要存在以下两个方面的不足之处：

一是需要打开已交付设备箱体，从设备箱体中拔出模块，再从模块上取下程序存储器，芯片一般是通过钳装或电装的方式紧密地安装在芯片上的。软件升级完成后，还要逆重复上述步骤。整个过程需要软件人员、钳装人员和电装人员的配合才能完成，带来人员的开销；

二是需要携带专用烧写工具，例如ALL-11烧片机。在外场执行软件升级任务时，会带来诸多不便。为了将防止总线间的冲突8031访问外部存储器时Ｐ０口和Ｐ２口共做地址总线，Ｐ０口常接锁存器再接存储器。而Ｐ２口直接接存储器。因为单片机内部时序只能锁住Ｐ２口的地址，如果用Ｐ０口传输数据时不用锁存器的话，地址就改变了。由于数据总线、地址总线共用Ｐ０口，所以要分时复用。先送地址信息，由ＡＬＥ使能锁存器将地址信息锁存在外设的地址端，然后送数据信息和读写使能信号，在指定的地址进行读写操作。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种操作简便、快速、升级过程不用打开设备箱体，不需要取下程序存储器的8位高性能单片机程序软件的在线加载方法。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：一种8位高性能单片机程序软件的在线加载方法，其特征在于包括如下步骤：采用复杂可编程逻辑器件CPLD并联两片FLASH存储芯片 8位高性能单片机模块，FLASH程序存储器2作为程序存贮芯片，从FLASH程序存储器2中取指令进行工作；在程序烧写状态下，通过PC机将需升级的BIN文件发送至8位高性能单片机自带的串口，PC机通过串口软件将8位高性能单片机的需升级的可执行二进制BIN代码文件，通过PC机发送至8位高性能单片机的串口，8位高性能单片机串口将收到的二进制代码，按顺序存放于随机存取存储器RAM中；8位高性能单片机串口待二进制BIN文件收完，将RAM中存放的数据写入到FLASH程序存储器1存储芯片中；8位高性能单片机模块系统上电后，CPLD根据外部加载控制信号，选择从FLASH程序存储器1存储芯片中取指正常工作方式或从FLASH程序存储器2中取指软件升级工作方式，当8位高性能单片机模块的加载控制信号处于接地状态，8位高性能单片机模块系统工作于软件加载工作状态，数据读取由8位高性能单片机的（非）外部程序存储器读选通信号PSEN控制，使用MOVC指令，在代码区获取数据；在FLASH程序存储器2中程序的运行下，将8位高性能单片机串口收到待烧写的二进制文BIN的数据，放入RAM中作为缓存，待整个二进制文件BIN收完后，把RAM中缓存的BIN文件一次性写入到FLASH程序存储器1中，在FLASH程序存储器1中线加载升级8位高性能单片机的程序软件，由烧写状态下的单片机软件实现正常状态的BIN文件烧写，从而实现8位高性能单片机正常状态程序软件的在线加载。

本发明具有如下有益效果：

操作简便、快速。本发明采用复杂可编程逻辑器件CPLD并联两片FLASH存储芯片，FLASH程序存储器2作为程序存贮芯片，从FLASH程序存储器2中取指令进行工作，保证了外场单片机系统软件升级的方便性，较传统的程序软件升级方法，操作简便、快速。

不用打开设备箱体。本发明PC机通过串口软件将80C31的需升级的可执行二进制BIN代码文件，通过PC机发送至8位高性能单片机的串口，8位高性能单片机串口将收到的二进制代码，按顺序存放于随机存取存储器RAM中；8位高性能单片机串口待二进制BIN文件收完，将RAM中存放的数据写入到FLASH程序存储器1存储芯片中，在线对程序存储器软件升级，整个升级过程不需对设备开盖，大大节省了外场软件升级的人员和时间开销，减小外场软件升级工作量。

不需要取下程序存储器。本发明在FLASH程序存储器2中程序的运行下，将从8位高性能单片机串口收到待烧写的二进制文BIN的数据，放入RAM中作为缓存，待整个二进制文件BIN收完后，把RAM中缓存的BIN文件一次性写入到FLASH程序存储器1中，在FLASH程序存储器1中线加载升级8位高性能单片机的程序软件，不需要取下程序存储器。

本发明特别是能够满足外场需要快速升级或原设备不便于拆装的场合。

附图说明

下面结合附图对本发明专利进一步说明。

图1是本发明单片机80C31的程序软件在线升级流程图。

图2是机载设备加电控制接口电路的电路原理图。

具体实施方式

参阅图1。根据本发明，采用复杂可编程逻辑器件CPLD并联两片FLASH存储芯片 8位高性能单片机模块，FLASH程序存储器2作为程序存贮芯片，从FLASH程序存储器2中取指令进行工作；在程序烧写状态下，通过PC机将需升级的BIN文件发送至8位高性能单片机自带的串口，PC机通过串口软件将8位高性能单片机的需升级的可执行二进制BIN代码文件，通过PC机发送至8位高性能单片机的串口，8位高性能单片机串口将收到的二进制代码，按顺序存放于随机存取存储器RAM中；8位高性能单片机串口待二进制BIN文件收完，将RAM中存放的数据写入到FLASH程序存储器1存储芯片中；8位高性能单片机模块系统上电后，CPLD根据外部加载控制信号，选择从FLASH程序存储器1存储芯片中取指正常工作方式或从FLASH程序存储器2中取指软件升级工作方式，当8位高性能单片机模块的加载控制信号处于接地状态，8位高性能单片机模块系统工作于软件加载工作状态，数据读取由8位高性能单片机的（非）外部程序存储器读选通信号PSEN控制，使用MOVC指令，在代码区获取数据；在FLASH程序存储器2中程序的运行下，将8位高性能单片机串口收到待烧写的二进制文BIN的数据，放入RAM中作为缓存，待整个二进制文件BIN收完后，把RAM中缓存的BIN文件一次性写入到FLASH程序存储器1中，在FLASH程序存储器1中线加载升级8位高性能单片机的程序软件，由烧写状态下的单片机软件实现正常状态的BIN文件烧写，从而实现8位高性能单片机正常状态程序软件的在线加载。

8位高性能单片机系统上电后，8位高性能单片机模块判断外部加载控制信号是否接地，是，8位高性能单片机系统工作于程序加载工作状态，FLASH程序存储器2、FLASH1程序存储器作为程序存贮芯片，否则，8位高性能单片机系统工作于正常方式；然后，8位高性能单片机系统接收串口数据，循环判断数据是否完全接收，直到数据完全接收后，将数据烧写入FLASH程序存储器1，数据烧写完成，结束软件加载。

参阅图2。单8位高性能系统硬件结构采用单片机80C31 +CPLD架构。CPLD可以采用型号为XC95288的复杂可编程逻辑器件。单片机80C31无片内程序存贮器，使用时需外加只读存储器EPROM或FLASH作为外部程序存贮器，运行单片机80C31时需利用片外程序存贮器选通信号（非）外部程序存储器读选通信号PSEN，在读外部ROM时PSEN（非）低电平有效，以实现外部ROM单元的读操作，$PSEN$：程序存储器允许输出控制端，此输出为单片内访问外部程序存储器的读选通信号。如：8031与外部程序存储器相连时，$PSEN$接到外部程序存储器的$OE$上，使外部程序存储器输出允许，也就是单片机8031的外部程序存储器的读通信号。

单片机80C31通过自带的接收数据的引脚RXD连接和串行通信接口芯片，串行通信接口芯片可以选用MAX3491型号，串行通信接口芯片外部串口与PC机形成软件加载的数据通道。

单片机80C31利用P2口数据交互通道并联外围电路与复杂可编程逻辑器件CPLD，通过外围电路加载控制信号。单片机80C31通过WR、RD、ALE连接复杂可编程逻辑器件CPLD，将复杂可编程逻辑器件CPLD并联在P2口数据交互通道与利用P0口数据交互通道之间。复杂可编程逻辑器件CPLD通过芯片脚管中的CE1、OE1、WE1连接FLASH程序存储器1，通过芯片脚管中的CE2、OE2、WE2连接FLASH程序存储器2，通过芯片脚管中的CE1、OE1、WE1连接RAM。

上电时，单片机80C31通过自带的引脚RXD接收数据，通过引脚TXD连接和串行通信接口芯片发送数据，CPLD对单片机80C31的取指地址进行控制，使单片机80C31从FLASH程序存储器1中取指工作（正常工作方式）或从FLASH2中取指工作（软件升级工作方式），锁存单片机80C3的1P0口形成访问各存储芯片的16位地址总线和8位数据总线。单片机80C31通过外围控制电路实现数据处理，从外部程序存贮器取出相应的指令进行运行；通过P0口8位数据总线、16位地址总线和控制总线WR、RD、ALE与CPLD进行数据交换，CPLD利用其大规模硬件资源，完成外部存储芯片和RAM的片选及读写信号译码，从而实现接口扩展。

单片机80C31系统工作分为正常工作方式和软件加载工作方式，当外围电路加载控制信号处于悬空状态，单片机80C31系统工作于正常工作状态，单片机80C31的PSEN从FLASH程序存储器1中取指令进行工作。这种状态下，FLASH程序存储器2和RAM不参与系统工作；当外围电路加载控制信号处于接地状态，单片机80C31系统工作于软件加载工作状态，单片机80C31的外部程序存储器读选通信号PSEN从FLASH程序存储器2中取指令进行工作，这种状态下，FLASH程序存储器2作为程序存贮芯片，FLASH程序存储器1和RAM作为普通的数据存贮芯片，把要加载的程序加载到FLASH程序存储器1中。

软件在线加载时，PC机通过PC机串口连接单片机80C31系统串口，单片机80C31系统加载控制信号接地，单片机80C31系统上电，处于加载软件工作模式；PC机通过串口软件将单片机80C31的所需升级的可执行代码，以二进制文件BIN发送至单片机80C31的串口，单片机80C31串口将收到二进制代码，按顺序存放于RAM中，待二进制文件BIN收完，在PC机中找到要烧写的可执行代码（*.bin文件），通过鼠标右键->属性查看BIN文件的大小，以编译生成的二进制文件BIN为例，大小为4114字节，利用WINDOWS系统自带的计算器，将其转换为16进制，为0X1012；然后，在PC机端打开串口调试软件，使用的是COMPortDebugger(V2.00)软件，配置串口波特率为9600bps，数据位8位，停止位1位，清空发送区和接收区，发送区和接收区均按16进制显示。在发送区读入要烧写的BIN文件，然后在发送区的第一个和第二个字节分别填上10和12即是上一步BIN文件的16进制大小，最后，点击发送区的“发送”按钮，接收区会依据烧写情况显示不同的代码，串口收数完成，BIN文件已全部放入RAM中；将RAM中存放的数据写入到FLASH程序存储器1中，RAM中的所有数据已烧写入FLASH并完成数据校验；并进行校验。FLASH的一个扇区烧写与验证完成；烧写过程完成后，通过串口通知PC机已烧写完毕。

为了将防止总线间的冲突8031访问外部存储器时Ｐ０口和Ｐ２口共做地址总线，Ｐ０口常接锁存器再接存储器。而Ｐ２口直接接存储器。因为单片机内部时序只能锁住Ｐ２口的地址，如果用Ｐ０口传输数据时不用锁存器的话，地址就改变了。由于数据总线、地址总线共用Ｐ０口，所以要分时复用。先送地址信息，由ＡＬＥ使能锁存器将地址信息锁存在外设的地址端，然后送数据信息和读写使能信号，在指定的地址进行读写操作。

以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种8位高性能单片机程序软件的在线加载方法，其特征在于包括如下步骤：采用复杂可编程逻辑器件CPLD并联两片FLASH存储芯片8位高性能单片机模块，FLASH程序存储器2作为程序存贮芯片，从FLASH程序存储器2中取指令进行工作；在程序烧写状态下，通过PC机将需升级的二进制文件BIN发送至8位高性能单片机自带的串口，PC机通过串口软件将8位高性能单片机的需升级的可执行二进制BIN代码文件，通过PC机发送至8位高性能单片机的串口，8位高性能单片机串口将收到的二进制代码，按顺序存放于随机存取存储器RAM中；8位高性能单片机串口待二进制文件BIN收完，将RAM中存放的数据写入到FLASH程序存储器1存储芯片中；8位高性能单片机模块系统上电后，CPLD根据外部加载控制信号，选择从FLASH程序存储器1存储芯片中取指正常工作方式或从FLASH程序存储器2中取指软件升级工作方式，当8位高性能单片机模块的加载控制信号处于接地状态，8位高性能单片机模块系统工作于软件加载工作状态，数据读取由8位高性能单片机的外部程序存储器读选通信号PSEN控制，使用MOVC指令，在代码区获取数据；在FLASH程序存储器2中程序的运行下，将8位高性能单片机串口收到待烧写的二进制文BIN的数据，放入RAM中作为缓存，待整个二进制文件BIN收完后，把RAM中缓存的二进制文件BIN一次性写入到FLASH程序存储器1中，在FLASH程序存储器1中线加载升级8位高性能单片机的程序软件，由烧写状态下的单片机软件实现正常状态的二进制文件BIN烧写，从而实现8位高性能单片机正常状态程序软件的在线加载。

2.如权利要求1所述的8位高性能单片机程序软件在线升级方法，其特征在于：8位高性能单片机系统上电后，8位高性能单片机模块判断外部加载控制信号是否接地，是，8位高性能单片机系统工作于程序加载工作状态，FLASH程序存储器2、FLASH1程序存储器作为程序存贮芯片，否则，8位高性能单片机系统工作于正常方式；然后，8位高性能单片机系统接收串口数据，循环判断数据是否完全接收，直到数据完全接收后，将数据烧写入FLASH程序存储器1，数据烧写完成，结束软件加载。

3.如权利要求1所述的8位高性能单片机程序软件在线升级方法，其特征在于：单8位高性能系统硬件结构采用单片机80C31+CPLD架构，CPLD采用型号为XC95288的复杂可编程逻辑器件。

4.如权利要求3所述的8位高性能单片机程序软件在线升级方法，其特征在于：单片机80C31通过自带的接收数据的引脚RXD连接串行通信接口芯片，串行通信接口芯片外部串口与PC机形成软件加载的数据通道。

5.如权利要求3所述的8位高性能单片机程序软件在线升级方法，其特征在于：单片机80C31利用P2口数据交互通道并联外围电路与复杂可编程逻辑器件CPLD，通过外围电路加载控制信号。

6.如权利要求5所述的8位高性能单片机程序软件在线升级方法，其特征在于：单片机80C31通过WR、RD、ALE连接复杂可编程逻辑器件CPLD，将复杂可编程逻辑器件CPLD并联在P2口数据交互通道与利用P0口数据交互通道之间；复杂可编程逻辑器件CPLD通过芯片脚管中的CE1、OE1、WE1连接FLASH程序存储器1，通过芯片脚管中的CE2、OE2、WE2连接FLASH程序存储器2，通过芯片脚管中的CE1、OE1、WE1连接RAM。

7.如权利要求3所述的8位高性能单片机程序软件在线升级方法，其特征在于：上电时，单片机80C31通过自带的引脚RXD接收数据，通过引脚TXD连接和串行通信接口芯片发送数据，CPLD对单片机80C31的取指地址进行控制，使单片机80C31从FLASH程序存储器1中取指正常工作方式或从FLASH2中取指软件升级工作方式，锁存单片机80C3的1P0口形成访问各存储芯片的16位地址总线和8位数据总线。

8.如权利要求6所述的8位高性能单片机程序软件在线升级方法，其特征在于：单片机80C31通过外围控制电路实现数据处理，从外部程序存贮器取出相应的指令进行运行；通过P0口8位数据总线、16位地址总线和控制总线WR、RD、ALE与CPLD进行数据交换，CPLD利用其大规模硬件资源，完成外部存储芯片和RAM的片选及读写信号译码，从而实现接口扩展。

9.如权利要求3所述的8位高性能单片机程序软件在线升级方法，其特征在于：单片机80C31系统工作分为正常工作方式和软件加载工作方式，当外围电路加载控制信号处于悬空状态，单片机80C31系统工作于正常工作状态，单片机80C31的PSEN从FLASH程序存储器1中取指令进行工作，这种状态下，FLASH程序存储器2和RAM不参与系统工作，当外围电路加载控制信号处于接地状态，单片机80C31系统工作于软件加载工作状态，

如权利要求8所述的8位高性能单片机程序软件在线升级方法，其特征在于：单片机80C31的外部程序存储器读选通信号PSEN从FLASH程序存储器2中取指令进行工作，这种状态下，FLASH程序存储器2作为程序存贮芯片，FLASH程序存储器1和RAM作为普通的数据存贮芯片，把要加载的程序加载到FLASH程序存储器1中。

10.如权利要求1所述的8位高性能单片机程序软件在线升级方法，其特征在于：软件在线加载时，PC机通过PC机串口连接单片机80C31系统串口，单片机80C31系统加载控制信号接地，单片机80C31系统上电，处于加载软件工作模式；PC机通过串口软件将单片机80C31的所需升级的可执行代码，以二进制文件BIN发送至单片机80C31的串口，单片机80C31串口将收到二进制代码，按顺序存放于RAM中，待二进制文件BIN收完，在PC机中找到要烧写的可执行代码，利用WINDOWS系统自带的计算器，将其转换为16进制；然后，在PC机端打开串口调试软件，清空发送区和接收区，发送区和接收区均按16进制显示，在发送区读入要烧写的BIN文件，然后在发送区的第一个和第二个字节分别填上10和12即是上一步BIN文件的16进制大小，接收区依据烧写情况显示不同的代码，串口收数完成，BIN文件已全部放入RAM中；将RAM中存放的数据写入到FLASH程序存储器1中，RAM中的所有数据已烧写入FLASH并完成数据校验；并进行校验，FLASH的一个扇区烧写与验证完成；烧写过程完成后，通过串口通知PC机已烧写完毕。