MSP430程序升级方式探讨

    对MSP430系列单片机进行编程的方式有以下3种：利用JTAG接口，利用BSL固件和利用用户自定义的升级固件。由于利用自定义升级固件进行程序升级的方式比较灵活，且用途广泛，因此本文将对其作重点介绍。

1 利用JTAG接口
    MSP430系列的单片机都集成了JTAG接口，该接口实现了遵循IEEE STD1149．1规定的测试访问端口状态机(TAP Controller)。它使用一个4线串行接口(TEST用于引脚较少的芯片)。数据或指令从TDI(测试数据输入)移入；串行数据从TDO(测试数据输出)移出；TCK(测试时钟)作为时钟信号输入；TMS(测试模式选择)信号控制TAP控制器的状态。利用该接口可移入指令和数据，从而控制目标芯片的地址线和数据线，达到读／写目标芯片Flash和仿真调试的目的。另外，TI公司推出了新型的调试接口——SPY-BI-WIRE。它采用两线制，一根为数据线(双向)，另一根为时钟线。

    利用该接口的优点是，无须设计额外的电路和程序，采用仿真器即可下载程序。缺点是一旦用户为了保证代码的安全，烧断了JTAG的熔丝，那么就永久性地破坏了该接口，也就不能再使用该接口了。

2 利用BSL固件
    BSL是Bootstrap Loader的缩写，中文名称是“程序装载器”。它实质是固化在芯片中的一段通信程序(占用OC00h～1000h的地址空间)，利用它可实现对Flash的擦除和读／写。由于它是固化在芯片中的，因此不必担心被更改或丢失。

    该接口使用5根线：GND、TX(P1．1／P1．0)、RX(P2．2／P1．1)、RST和TCK(TEST)。在RST和TCK(TEST)上加特定的电平时序信号，即可启动BSL程序，从而实现与目标芯片的通信。通信的字符格式是8个数据位、1个停止位和1个偶校验位。起始波特率为9 600 bps(BSL 1．6版本可更改为38 40O bps)。BSL协议要求首先接收一个80h字符用于同步时钟；然后发送应答字符90h；最后接收8个字符，并根据命令跳转到相应的处理例程。BSL程序的C语言描述如下：
   

    其实现细节可能因版本不同而有所变化。若用户想利用它来实现程序升级，则可见参考文献[2]和[3]。利用BSL程序进行升级，优点是节省代码空间，用户无须实现自己的升级固件，而且现在已有很多现成的BSL升级工具；缺点是须预留BSL接口，且需要现场接线。[page]

3 利用用户自定义升级固件
    MSP430系列单片机的Flash存储器模块是一个可独立操作的物理存储单元。全部模块安排在同一个线性地址空间中，存储器被分为多个512字节的段(信息段大小为128／64字节)。各段可单独擦除，并且在正常工作电压下程序可对Flash进行擦写操作，因此特别适合在线程序升级(In Systerrl Programming)。

    自定义升级固件就是在程序中内置一段用于升级应用程序的代码，即可利用现有通信接口进行远程代码的升级。其实现原理是在目标芯片中放置两段代码：一段为应用程序；另一段为升级程序。两者的地址段不重叠，这样就可以利用升级程序擦除应用程序，并写入新的代码。

3．1 引导程序
    复位后先进入引导程序，由它来决定进入升级程序或应用程序。引导程序的意义在于当应用程序不存在或出现错误时能直接进入升级程序，从而保证若升级不成功则可进行再次升级。

    引导程序的描述如下：

   
    其中：ResetVectorvalid()函数用于检测应用程序是否存在或是否有效。实现可以检测EnterApplication的入口地址是否合法，一种简单的实现是：
#define ResetVectorValid() (RcsctVector!=FFFF)
其中：ResetVetor为应用程序的入口地址，该地址通常放在一个固定的地址中，升级程序后再修改该入口地址。Application()为应用程序，它若正常执行则不会返回，只有在接收到升级指令后才返同。可在Application()中使用return语句进入升级程序。

    Updata()为升级程序，其入口处必须加检测指令，以确认正常进入升级程序。进入升级程序后，通信端应先发送擦除指令，擦除原有代码；然后发送升级代码更新Flash。如果具有外部扩展存储器或用户程序较小，那么可先接收整个程序段，若校验正确再写入，这样可靠性会更高。

    这里有个策略就是，最先擦除包含ResetVector的块，最后写入Resetvector的值，这样可以尽量保证不会进入不完整的应用程序。

3.2 应用程序的编写
    应用程序的编写投有大的变化，只需在通信协议中加入自定义的一个升级命令，以进入升级程序。另外，须更改链接文件(*.XCL)，指定应用程序的地址范围。地址范围为2500h～F7DCh的应用程序如下(用／／注释掉的为默认设置)：
   

    修改完毕后将该文件添加到工程中。编译后的代码即可作为升级代码。

3．3 升级程序的编写
    新建一个工程，按上述方法将升级代码定位到与应用程序不重叠的区域(如F800h～FFFFh)，此时不修改：一Z(CONST)INTVEC=FFE0-FFFF[page]

    在升级程序中，将除复位中断外的所有中断映射到应用程序中。一种方法是嵌入汇编，采用汇编的定位指令ORG；另一种是写15个中断映射函数。例如：

//重新映射中断向量地址

    另外也可采用动态确定中断入口地址的方法，即将中断向量地址放入约定好的RAM中。例如：

   
    然后在应用程序中进行中断向量的映射，例如：mtvecl[TIMERA0_VECTOR/2]=Timer_A_O；即在TIMERA0中断时执行Timer_A_0()函数。这样做的优点是可在运行时动态决定中断函数的入口，如高级语言中的虚函数(Virtual Function)。
    这两个函数块编写完毕后即可进行工程测试。

3.4 应用程序与升级程序同时完成
    如果需要两个函数在一个工程里完成，那么除了修改链接文件外，还须注意以下几点：
    ①将升级程序的所有函数定位到升缴程序空间，即在甬数前面加如下定位指令：
    #pragma locanon="UPDATECODE"
                    //UPDATECODE为升级程序所在段的名称

    ②修改函数返回调用的例程。当函数返回时会调用弹出寄存器的默认例程，而这些例程可能并不在升级程序的地址空问内。一种解决方法是利用编译环境生成的LST文件(汇编代码)，逐个修改函数返回时调用的弹出寄存器例程，即可保证两者代码独立。这样做的缺点是每次更改C语言代码后，须重新修改汇编代码，比较繁琐。另一种方法是考虑到升级程序的工作就是接收和发送数据，一般无须使用中断。这样就可以在升级函数前加入一monitor编译指令．指明该函数为原子操作。这类函数入口处先压入SR并禁止中断，返回时使用RETI返回。此时编译器并不调用例程弹出保存的寄存器，而是根据进栈情况逐个弹出寄存器。

    ③更改switch语句。使用switch语句时编译器也会产生默认例程调用。很难屏蔽掉，故只有将switch修改为多个判断语句。

结语
    本文对MSP430系列单片机的升级方案进行了详细介绍，读者只须按照一定步骤，即可轻松实现远程程序升级，这在实际应用中具有重要意义；而且本文的升级方法并不仅限于MSP430系列，也可应用到类似的单片机系列中。