MSP430單片機串口的程序升級方法

張園，萬眾

（中國電子科技集團公司第三研究所 聲學技術部，北京 100015）

張園（工程師），主要研究領域為語音信號處理。

隨著性能的不斷提高以及成本的降低，單片機在各個領域都得到了廣泛的應用。尤其在信號的控制和處理方面，單片機以其超低的功耗、簡單的操作成為設計者的首選［1］。TI公司推出的MSP430x5xx系列單片機具有低電壓、低功耗、高速處理能力以及配置靈活的接口等特點［2］，是當今主流單片機之一。

同其他處理器一樣，單片機正常工作除了需要硬件電路以外，還需要相應的用戶應用程序。但應用程序在調試階段以及實際使用時往往都需要更新，常規的方法需要打開機箱，將仿真器與單片機連接好，再更新程序。這種步驟比較繁瑣，如果操作不當還會損壞設備。因此，如果能通過單片機已有的簡單接口（如串口）更新應用程序，那么將給單片機的使用帶來更大的方便。

1 總體思想

首先通過仿真器向單片機中寫入一段小程序，稱之為Bootloader程序。這個程序不是用戶的應用程序，它的作用有兩個：第一是在上電的一小段時間里實時檢測串口，如果有上位機發出的更新程序命令，就發送握手信號，通知上位機發送更新代碼，并將收到的更新代碼寫入單片機相應的Flash中；第二個作用是當檢測到有應用程序存在時，跳轉到應用程序的入口地址，執行應用程序。其流程如圖1所示。

上位機程序（VC＋＋語言編寫）的功能是，當用戶發出更新程序的指令后，在一段時間內連續發送更新程序命令。如果收到單片機的應答信號，表示單片機準備開始接收更新代碼。此時上位機讀取已選擇的代碼文件，分段發給單片機。其流程如圖2所示。

圖1 單片機程序流程

圖2 上位機程序流程

2 相關知識

2.1 IAR設置

常用的MSP430單片機軟件開發環境是IAR C／C＋＋Compiler for MSP430［3］。用仿真器進行程序燒寫以及仿真調試時，在Options→Linker→Output→Format選項中選擇的是“Debug information for C－SPY”，但如果要得到該程序文本格式的代碼文件，需要選擇Format中的Other選項。

2.2 代碼文件格式

下面是一個生成的txt文件的內容：

＠后面的6C00表示起始地址，接下來的內容需要依次寫入6C00開始的地址中。＠FCFE表示程序的復位入口地址，單片機上電或者復位后，程序從這里開始運行。最末行q表示結束。

2.3 xcl文件

上面生成的txt文件中的代碼存放地址、復位入口地址以及中斷入口地址都可以通過配置文件進行修改，這個文件就是xcl文件。該文件在安裝目錄的IAR Systems＼Embedded Workbench 5.4Evaluation＼430＼config中，本文所使用的單片機對應的配置文件是lnk430F5438.xcl，將其復制到自己創建的工程中以便修改。在編譯器的Options→Linker→Config→Linker command file選項中指定這個配置文件。

下面是xcl文件中的部分內容：

上面的配置信息含義是代碼（Code）和數據常量（Constant data）放在5C00～FF7F和10000～45BFF兩個空間中。中斷向量的地址是FF80～FFFF，其中復位向量的地址是FFFE～FFFF。

2.4 Bootloader程序和用戶應用程序的關系

地址空間分配如圖3所示。圖3左面是MSP430F5438的空間分配［4］。在正常的使用中，用戶代碼占用5C00～FF7F、10000～45BFF兩塊區域，中斷向量為FF80～FFFF。但含有Bootloader的程序，就與之有所區別了。即Bootloader程序占用了一部分代碼區，同時占有中斷向量FF80～FFFF。而用戶需要重新編寫一個中斷向量表，以及相應的入口地址。圖3右面是Bootloader程序和用戶程序以及自定義的中斷向量在Flash中的位置。關于空間位置以及空間大小可以根據實際情況進行調整。

圖3 地址空間分配

從圖中可以看出，在代碼空間中存在著兩個獨立的程序：Bootloader程序和用戶程序。Bootloader完成的功能是在復位時通過上位機更新用戶程序或者調用已經存在的用戶程序。在這里最為關鍵的是中斷向量FF80～FFFF是歸Bootloader程序所有的，當有中斷發生時，程序首先進入FF80～FFFF空間的地址中（也就是Bootloader的程序中），接著再由Bootloader的中斷程序跳轉到相對應的用戶中斷程序中。

由于用戶程序空間以及中斷向量都發生了變化，那么需要對配置文件lnk430F5438.xcl的內容進行修改。以圖3為例，修改如下：

2.5 上位機程序

利用VC＋＋編寫帶有串口的上位機程序［5］，按照圖2所示的流程完成相應的功能。在操作時，首先打開與單片機連接的串口，選擇要更新的文件，之后給單片機上電，就可以進行用戶程序的更新了，上位機界面如圖4所示。

圖4 上位機界面

結 論

通過增加一個Bootloader程序，引出一個串口就可以更新程序，使更新程序變得更加容易，在實際使用中起到了事半功倍的效果。此種方法也同樣適用MSP430其他系列的單片機。

［1］何立民.從Cygnal C8051F看8位單片機發展之路［J］.單片機與嵌入式系統應用，2002，（5）.

［2］MSP430x5xx Family User's Guide［EB／OL］.［2010－05－06］.http：／／focus.ti.com.cn／cn／general／docs／lit／getliterature.tsp？literatureNumber＝slau208h＆fileType＝pdf.

［3］IAR Embedded Workbench IDE for MSP430User Guide［EB／OL］.［2010－05－06］.ftp：／／ftp.iar.se／WWWfiles／datasheet／New／DS－EW430－520.pdf.

［4］MSP430F543x，MSP430F541xMixed Signal Microcontroller［EB／OL］.［2010－05－06］.http：／／focus.ti.com.cn／cn／general／docs／lit／getliterature. tsp？ genericPartNumber ＝msp430f5438＆fileType＝pdf.

［5］龔建偉，熊光明.Visual C＋＋／Turbo C串口通信編程實踐［M］.北京：電子工業出版社，2007：135－159.