CN1804799A - 单片机在线加载升级方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单片机在线加载升级方法及系统，用于对作为从CPU工作的单片机进行在线加载升级，该方法包括：将单片机的BOOT软件写入单片机的内部程序存储区，并将其应用程序写入片外掉电保持介质中；当单片机需要升级时，由主CPU控制单片机工作在运行片内BOOT软件状态，并将加载代码通过BOOT软件写入其片外掉电保持介质中；由主CPU复位单片机，并控制其重启后工作在运行片外应用程序状态，完成加载升级过程。本发明系统在基于现有主、从CPU系统基础上，增加了主CPU对单片机工作模式的控制电路，以及存储单片机应用程序的片外掉电保持介质。利用本发明，可以简单方便地实现对单片机的在线加载升级，便于系统维护。

Description

单片机在线加载升级方法及系统

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种单片机在线加载升级的方法及系统，尤其是单片机作为从CPU时的在线加载升级的方法及系统。

背景技术

目前，随着超大规模集成电路的发展，单片机已从4位、8位字长，发展到16位、32位字长，甚至64位。单片机是器件级计算机系统，是在一块芯片上集成CPU(中央处理单元)、存储器(RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)或EPROM(可编程只读存储器))和各种输入/输出接口(包括定时器/计数器、并行I/O(输入/输出)口、串行I/O口、A/D(模/数)转换器等)，它常常是针对工业控制以及与控制有关的数据处理而设计的，可以嵌入到任何对象体系中去，实现智能化控制。而且，随着人们生产和生活水平的提高，对自动化程度的要求也会越来越高，所以单片机的用途也会越来越广泛。

单片机按用途大体上可分为两大类：1、通用型单片机；2、专用型单片机。专用型单片机是指用途比较专一，出厂时程序已经一次性固化好，不能再修改的单片机。通用型单片机的用途很广泛，使用不同的接口电路及编制不同的应用程序就可完成不同的功能。小到家用电器、仪器仪表，大到机器设备和整套生产线都可用单片机来实现自动化控制。

由于单片机的器件级计算机系统，以及其成本低廉、设计方便、运行可靠等特点，使得其可以在很多单板上用作从CPU，以实现一些固定功能。

图1是单板使用单片机作为从CPU的系统框图：

在主、从CPU系统中，将单片机作为从CPU，与主CPU一起分别完成不同的功能。从系统和主系统之间是相互独立的，主系统对从系统没有任何控制能力。外界通过主CPU的对外接口与主CPU进行数据交互，主CPU和单片机之间通过通信电路进行数据传递。

通常，在单片机的设计中，在使用前采用编程器将其应用程序写入单片机中，当其应用程序代码较多时，有时还会需要片外程序存储器配合单片机使用。然后，将单片机插在单板上，配合主CPU完成一些特定的功能。当系统发生改变或需要增强单片机的应用功能时，需要修改单片机的应用程序。这时，就要中断单板业务，将单片机从单板上取下，先将其内部的程序代码擦除，然后再通过编程器将新的程序写入单片机中。

这种设计方式不能实现程序的在线加载和升级，不仅给单片机应用软件的升级维护带来困难，增加了维护的成本，也增加了系统设计的风险性，对应用程序前期开发提出了更高的要求，也不利于系统及应用软件的稳定。

发明内容

本发明的目的是提供一种单片机在线加载升级的方法，以克服现有技术中单片机中的程序不能在线加载升级的问题，实现对单片机的在线加载升级。

本发明的另一个目的是提供一种单片机在线加载升级的系统，以克服现有系统中单片机作为从CPU时不能在线加载升级的缺点。

本发明提供的技术方案如下：

一种单片机在线加载升级方法，用于对作为从CPU工作的单片机进行在线加载升级，所述方法包括：

A、将所述单片机的BOOT软件写入所述单片机的内部程序存储区，并将其应用程序写入片外掉电保持介质中；

B、当所述单片机需要升级时，由主CPU控制所述单片机工作在运行片内BOOT软件状态，并将加载代码通过所述BOOT软件写入所述片外掉电保持介质中；

C、由所述主CPU复位所述单片机，并控制其重启后工作在运行片外应用程序状态，完成加载升级过程。

所述步骤B包括：

B1、所述主CPU获取所述单片机的加载代码；

B2、由所述主CPU复位所述单片机，并控制其重启后工作在运行片内BOOT软件状态；

B3、判断所述单片机是否需要加载升级；

B4、当需要加载升级时，将所述加载代码通过所述BOOT软件写入单片机片外掉电保持介质中。

所述步骤B1具体为：所述主CPU通过通信接口从远端获取所述单片机的加载代码。

所述步骤B1具体为：所述主CPU通过串口从近端获取所述单片机的加载代码。

所述步骤B3包括：

B31、所述BOOT软件读取所述片外掉电保持介质中的版本信息；

B32、将所述读取的版本信息传送给所述主CPU；

B33、当所述版本信息与所述单片机的加载代码版本信息不同时，所述单片机需要加载升级。

所述步骤B4包括：

B41、所述主CPU通过通讯电路将所述加载代码传送给所述BOOT软件；

B42、所述BOOT软件将所述加载代码写入所述掉电保持介质中。

所述通讯电路具体为：双口RAM、或者并行数据总线、或者串行数据总线、或者I2C总线、或者高速并行接口。

所述掉电保持介质具体为：闪存或可电改写存储器。

一种单片机在线加载升级系统，所述系统包括：主CPU、用作从CPU的单片机、用于所述主CPU和所述单片机进行数据交互的通信电路，

还包括：

掉电保持介质，耦合于所述单片机，用于存储所述单片机的应用程序；

控制电路，分别耦合于所述主CPU和所述单片机，用于控制所述单片机的工作状态。

所述控制电路包括：

复位控制装置，其受控端与所述主CPU的一个输入/输出管脚相连，其控制端与所述单片机的复位控制管脚相连，用于控制所述单片机进行复位；

模式控制装置，其受控端与所述主CPU的另一个输入/输出管脚相连，其控制端与所述单片机的片内/片外程序存储区选择控制管脚相连，用于控制所述单片机的工作模式。

所述掉电保持介质具体为：闪存或可电改写存储器。

由以上本发明提供的技术方案可以看出，本发明将单片机的BOOT(引导)程序放在单片内部存储器中，将其应用程序放在片外掉电保持介质中。由主CPU对作为从CPU工作的单片机的工作方式进行控制，使其工作在加载方式或正常运行方式，通过远端控制即可方便地实现单片机程序的加载和升级。这种设计方式，使得在单片机程序加载升级过程中，不需要中断整个单板的运行，提高了业务的连续性；同时，方便了单片机应用程序的维护，降低了系统维护成本。

附图说明

图1是单板使用单片机作为从CPU的系统框图；

图2是本发明方法的流程图；

图3是本发明系统框图；

图4是本发明系统中的控制电路的原理框图；

图5是本发明系统第一实施例原理框图；

图6是图5所示第一实施例中控制电路与单片机及片外FLASH的连线图；

图7是本发明系统第二实施例原理框图；

图8是图7所示第二实施例中控制电路与单片机及片外程序存储器的连线图。

具体实施方式

本发明的核心在于将单片机的BOOT(引导)程序放在单片内部存储器中，将其应用程序放在片外掉电保持介质中。由主CPU对作为从CPU工作的单片机的工作方式进行控制，使其工作在加载方式或正常运行方式。当需要对单片机应用程序加载时，先由主CPU将单片机的下载软件接收到本地，然后再传送给单片机，再由单片机写入片外掉电保持介质中；当主CPU控制单片机重启后，使其运行片外的新应用程序。这样，通过远端控制即可方便地实现单片机程序的加载和升级。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参照图2，图2是本发明方法的流程图，包括以下步骤：

步骤201：将单片机的BOOT软件写入单片机的内部程序存储区，并将其应用程序写入片外掉电保持介质中，掉电保持介质可以是E2PROM(可电改写存储器)、FLASH(闪存)。这样，当需要对单片机进行加载升级时，就可在线对该掉电保持介质操作，将新的单片机应用程序代码写入。

步骤202：由主CPU获取单片机的加载代码。

比如，当需要从远端加载时，主CPU和远端(比如机房内)的主机通过通信接口(比如在基站系统中，通过基站控制器和基站收发信台之间的ABIS接口)进行通讯，通过设定下载命令，使主CPU将单片机的加载升级程序下载到本地，以实现远端加载。当然，也可以通过近端加载，比如，主CPU通过串口和近端的加载终端进行通讯，通过设定下载命令，使主CPU将单片机的加载升级程序下载到本地，以实现近端加载。

步骤203：由主CPU复位单片机，并控制其重启后工作在运行片内BOOT软件状态。

本技术领域人员知道，CPU通常会有多个I/O(输入/输出)管脚，可以通过这些管脚对其他外部器件进行控制。单片机通常会有复位管脚和选择片内或片外程序存储区的控制管脚。因此，可以通过CPU的I/O管脚对单片机进行控制，使其复位及工作在不同的模式：运行片外程序或运行片内程序。

为了保证对单片机使用的应用软件的正确加载，每个应用软件都包含其版本信息，主CPU能够识别这些信息。当主CPU下载到单片机的加载程序后，通过和掉电保持介质中的版本信息进行比较，就可得知是否的确需要加载升级。

因此，进到步骤204：BOOT软件读取片外掉电保持介质中的版本信息。

步骤205：将读取的版本信息传送给主CPU。

在主、从CPU系统中，主CPU和从CPU的通讯通常由通讯电路来完成。因此，该版本信息的传送也可以通过该通讯电路来实现。

步骤206：主CPU判断下载的软件版本与原版本是否相同。

如果相同，则说明不需要升级，此时，直接进到步骤208：主CPU复位单片机，并控制其重启后工作在运行片外应用程序状态。

如果不相同或者片外掉电保持介质中的版本信息为空，则说明需要升级单片机的原应用程序或者加载其应用程序，此时，进到步骤207：将加载代码通过BOOT软件写入单片机片外掉电保持介质中。

同样，应用程序代码的传送也可以通过上述通讯电路来完成。具体过程如下：

首先，由主CPU通过通讯电路将加载代码传送给BOOT软件；然后，由BOOT软件将加载代码写入片外掉电保持介质中。如果该掉电保持介质中原来已存有单片机的应用程序，则可以用新的代码直接覆盖旧代码即可。

通讯电路可以是双口RAM(随机存取存储器)、并行数据总线、串行接口、I2C(Inter-Integrated Circuit)总线、HPI(高速并行接口)接口等，其工作原理与现有技术中相同，在此不再详细描述。

将新的应用程序代码写入单片机的片外掉电保持介质后，就可由主CPU控制单片机运行片外的应用程序。

进到步骤208：主CPU复位单片机，并控制其重启后工作在运行片外应用程序状态，完成加载升级过程。

由上述流程可见，本发明在单片机在线加载升级过程中，只需中断单片机功能的运行，并不中断主CPU的运行，对整个单板业务的影响较小，而且实现简单。

参照图3，图3是本发明系统框图：

其中，主CPU301、用作从CPU的单片机302、用于主CPU和单片机进行数据交互的通信电路302与现有主从CPU系统中相同。其工作原理及数据交互方式也与现有技术中相同，在此不再赘述。

为了实现单片机的在线加载升级，本发明系统增加了主CPU对单片机工作状态控制的控制电路305以及存储单片机应用程序的掉电保持介质304。

在使用中，将单片机的BOOT软件写入单片机的内部程序存储区，将其应用程序写入片外掉电保持介质中，掉电保持介质可以是E2PROM(可电改写存储器)、FLASH(闪存)等。这样，当需要对单片机进行加载升级时，就可在线对该掉电保持介质操作，将新的单片机应用程序代码写入。

控制电路305的实现原理如图4所示：

包括复位控制装置和模式控制装置，其输入端(受控端)分别与主CPU的不同I/O(输入/输出)管脚相连，输出端(控制端)分别与单片机的复位端RST和单片机的片内/片外程序存储区选择控制管脚相连，分别控制单片机进行复位和选择片内还是片外程序存储区运行，以实现对单片机工作状态的控制。

对于不同型号的主CPU、单片机，其管脚及工作方式可能会有不同，但只要通过主CPU对单片机的复位及工作模式进行控制，即可通过本发明系统实现对单片机的在线加载升级。

下面通过具体实例对本发明系统作进一步说明。

参照图5所示本发明系统第一实施例：

主CPU为MPC860，它可以和远端进行通讯，并将单片机的下载软件接收到本地。从CPU为AT89C52，通过双口RAM(型号举例)和主CPU进行通讯。FLASH用于存储单片机的应用软件，单片机内部烧制用于加载片外FLASH的工作软件，即BOOT软件。

单板上电后，MPC860会控制单片机运行片内的BOOT软件。BOOT可以读取片外FLASH的数据信息并上报MPC860，当MPC860获取BOOT上报的信息之后，就可以判断片外FLASH是否为空、其内部的软件版本是否需要重新加载。如果单片机运行软件需要加载，那么MPC860会将下载代码传送给BOOT，并由BOOT加载到片外FLASH内部，从而实现单片机软件的在线加载功能。如果片外FLASH内部的运行软件版本正常，那么MPC860就会控制单片机直接运行片外的软件，单板开始正常工作。

控制电路与单片机及片外FLASH的管脚连线如图6所示：

AT89C52的相关控制引脚如下：

·/RD和/WE是单片机的对外读写信号

·/PSEN是单片机读取外部程序存储区的选通使能信号

·ALE是单片机的地址锁存控制信号

·/EA片内/片外程序存储区选择控制信号，/EA＝0时，AT89C52选择片外FLASH作为程序存储区；/EA＝1时，AT89C52选择片内FLASH作为程序存储区

片外FLASH型号为29F040，其相关控制引脚如下：

·/CE 29F040的片选信号

·/OE 29F040的输出使能信号

·/WE 29F040的写FLASH使能信号

单片机的在线加载由MPC860引出两条输出引脚PX和PY进行控制。

(1)引脚PY用于控制对AT89C52的复位操作

该信号连接到驱动器74ACT16244的第四输入端A4，通过第四输出端Y4与来自主CPU MPC860的信号LHRESET通过与门74LVC08产生复位信号RST，连接到AT89C52的复位控制管脚。其中，信号LHRESET可以从主CPU MPC860的一个I/O管脚引出。

·当PY＝0时，AT89C52的WATCHDOG(看门狗)开始复位AT89C52；

·正常运行时，PY＝1。

(2)PX用于控制AT89C52的工作模式

该信号连接到驱动器74ACT16244的第3输入端A3，经过两级驱动分别输出CON和/CON，由/CON信号端控制单片机的/EA管脚，由CON信号端控制对片外FLASH选通控制信号/OE及读写控制信号/WE的驱动使能。

74HC373是锁存器，完成单片机总线地址和数据的分离。

·当PX＝1时，AT89C52的/EA＝0，AT89C52选择片外FLASH作为程序存储区，运行片外FLASH中存储的工作软件，执行单板的正常功能。此时74ACT16244-(1)被选通，AT89C52的/PSEN引脚可以直接控制29F040的/OE引脚，从而协助单片机完成指令提取。

·当PX＝0时，AT89C52的/EA＝1，AT89C52选择片内FLASH作为程序存储区，运行其内部FLASH中存储的BOOT软件，执行对片外FLASH的加载，完成单片机的软件加载操作。此时，74ACT16244-(1)被截止，74ACT16244-(2)被选通，AT89C52的读、写信号/RD和/WE直接控制29F040的/OE和/WE引脚，这时的29F040就相当于单片机的片外数据存储区，AT89C52可以完成对它的读写操作，即完成向FLASH写入加载软件的功能。

对AT89C52的加载过程如下：

1)当MPC860收到维护台下发的加载命令后，MPC860先把PX置为低，再把PY置为0，复位单片机。

2)单片机复位后重新启动，由于/EA＝1则运行单片机内部FLASH中存储的BOOT软件，BOOT软件读取29F040中的版本信息上报给MPC860，MPC860判断上报的版本信息后，决定是否加载单片机软件。如果加载，则把单片机的程序数据分批发给AT89C52，AT89C52再把数据写入到29F040指定的位置。完成单片机程序数据的加载。

3)程序数据全部写29F040后，MPC860把PX再置为1，然后再把PY置为1复位单片机。

4)单片机复位后，由于PX为高，/EA＝0，这运行片外29F040中存储的程序数据。完成整个加载过程。

参照图7，图7是本发明系统第二实施例原理框图：

在该实施例中，主CPU仍然为MPC860，单片机为C513-H，外部程序存储器是39SF010，通讯电路采用串行接口。

控制电路由可编程逻辑器件EPM7128来实现，其实现的控制功能可参照图6。来自主CPU的控制信号C1、C2和RESET，通过可编程逻辑器件EPM7128的内部逻辑产生对单片机C513-H管脚RST和/EA的控制信号，分别控制单片机C513-H的复位操作及工作模式。其工作原理与图6所示第一实施例相同，在此不再赘述。

虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims (11)

1、一种单片机在线加载升级方法，用于对作为从CPU工作的单片机进行在线加载升级，其特征在于，所述方法包括：

A、将所述单片机的BOOT软件写入所述单片机的内部程序存储区，并将其应用程序写入片外掉电保持介质中；

B、当所述单片机需要升级时，由主CPU控制所述单片机工作在运行片内BOOT软件状态，并将加载代码通过所述BOOT软件写入所述片外掉电保持介质中；

C、由所述主CPU复位所述单片机，并控制其重启后工作在运行片外应用程序状态，完成加载升级过程。

2、根据权利要求1所述的单片机在线加载升级方法，其特征在于，所述步骤B包括：

B1、所述主CPU获取所述单片机的加载代码；

B2、由所述主CPU复位所述单片机，并控制其重启后工作在运行片内BOOT软件状态；

B3、判断所述单片机是否需要加载升级；

B4、当需要加载升级时，将所述加载代码通过所述BOOT软件写入单片机片外掉电保持介质中。

3、根据权利要求2所述的单片机在线加载升级方法，其特征在于，所述步骤B1具体为：所述主CPU通过通信接口从远端获取所述单片机的加载代码。

4、根据权利要求2所述的单片机在线加载升级方法，其特征在于，所述步骤B1具体为：所述主CPU通过串口从近端获取所述单片机的加载代码。

5、根据权利要求2所述的单片机在线加载升级方法，其特征在于，所述步骤B3包括：

B31、所述BOOT软件读取所述片外掉电保持介质中的版本信息；

B32、将所述读取的版本信息传送给所述主CPU；

B33、当所述版本信息与所述单片机的加载代码版本信息不同时，所述单片机需要加载升级。

6、根据权利要求2所述的单片机在线加载升级方法，其特征在于，所述步骤B4包括：

B41、所述主CPU通过通讯电路将所述加载代码传送给所述BOOT软件；

B42、所述BOOT软件将所述加载代码写入所述掉电保持介质中。

7、根据权利要求6所述的单片机在线加载升级方法，其特征在于，所述通讯电路具体为：双口RAM、或者并行数据总线、或者串行数据总线、或者I2C总线、或者高速并行接口。

8、根据权利要求6所述的单片机在线加载升级方法，其特征在于，所述掉电保持介质具体为：闪存或可电改写存储器。

9、一种单片机在线加载升级系统，所述系统包括：主CPU、用作从CPU的单片机、用于所述主CPU和所述单片机进行数据交互的通信电路，其特征在于，还包括：

掉电保持介质，耦合于所述单片机，用于存储所述单片机的应用程序；

控制电路，分别耦合于所述主CPU和所述单片机，用于控制所述单片机的工作状态。

10、根据权利要求9所述的单片机在线加载升级系统，其特征在于，所述控制电路包括：

复位控制装置，其受控端与所述主CPU的一个输入/输出管脚相连，其控制端与所述单片机的复位控制管脚相连，用于控制所述单片机进行复位；

模式控制装置，其受控端与所述主CPU的另一个输入/输出管脚相连，其控制端与所述单片机的片内/片外程序存储区选择控制管脚相连，用于控制所述单片机的工作模式。

11、根据权利要求9所述的单片机在线加载升级系统，其特征在于，所述掉电保持介质具体为：闪存或可电改写存储器。

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