基于SST微控制器的MSAP系统在线升级方案的设计

2013-08-13胡小玉刘国辉

电视技术 2013年5期

胡小玉，刘国辉

(武汉邮电科学研究院研究生院光纤通信技术和网络国家重点实验室，湖北武汉 430074)

在MSAP(多业务接入平台)系统中，要对位于基站中的设备进行升级，就必须安排工程人员去现场，这种升级方式浪费了大量的人力和物力，增加了后期的设备维护成本。

单片机(In Application Programming，IAP)技术的出现，有效地简化了应用程序的升级过程，降低了后期维护的成本。本文根据IAP原理，研究并给出了该方案在嵌入式微控制器SST89E516RD2中的详细实现技术和程序流程。该实现技术在SSDX公司的MSAP系统嵌入式程序的修改和升级中得到了应用和验证，具有简单、便捷、可靠、成本低等优点。

1 SST微控制器介绍

SST89E516RD2芯片是基于51内核的8位单片机，它包含1 kbyte的片内RAM和72 kbyte的片内ROM［1］。片内ROM分为2个存储块，主存储块Block 0占用64 kbyte，次存储块Block 1占用8 kbyte。整个内部程序空间被限制为64 kbyte，SFCF［1∶0］用于控制存储块的切换，如图1 所示。

图1 SST89E516RD2片内ROM空间配置图

SST89E516RD2允许驻留于某一个存储块中的IAP程序对另一块存储块进行重编程操作，而绝不允许对同一个存储块中的任意地址进行重编程操作。要实现在线升级的功能，必须用支持在线升级的IAP程序替换原来的ISP程序，用来引导在线升级程序。

2 MSAP升级系统

2.1 MSAP升级系统结构

升级系统主要组成部分是网管中心、传输网络和MSAP设备。传输网络可以是PSTN(公共电话交换网)、互联网等传输网络，用来承载中心机房到设备传输的数据。MSAP系统由网管设备和终端设备构成，网管设备用于接收网管中心发送来的升级程序，终端设备即为要升级程序的对象，升级系统如图2所示。

图2 远程升级系统框图

2.2 单片机与片外Flash的连接方式

SST89E516RD2单片机自带高速异步串行口，支持IAP下的并行操作，所以本系统硬件组成较简单。除单片机之外，只需要扩展1片Flash用来存储升级的程序文件，单片机其他外围电路按照设备功能需求设计，单片机与片外Flash的连接方式如图3所示。片外Flash采用SST25VF080B芯片［2］，它的存储空间为1 Mbyte，最小擦除块的容量为4 kbyte。单片机与片外Flash采用SPI总线进行通信，对片外Flash的读写、擦除等操作只需要使用相应的命令字即可，SST25VF080B常用功能表如图4所示。

图3 连接图

图4 SST25VF080B常用功能表

片外Flash首地址00000H～01000H存储升级保护标志。地址01000H～5F000H分配给出厂时的配置和用户最近一次的配置。隔离区用于保证存储文件的独立性。地址60000H～80000H分配给应用程序文件存储区，其中程序文件A存储出厂程序，程序文件B存储接收到的升级程序［3-4］。根据以上分析，将外部Flash做如图5所示的逻辑划分。

图5 SST25VF080B内存分配

2.3 MSAP系统远程升级程序设计

2.3.1 远程升级流程

PC网管软件选择一个子业务卡进行远程升级，通过FTP协议发送升级数据包给网管盘，网管盘将接收到的升级数据包校验OK后存储至ARM的Flash中。网管盘发送复位指令将子业务卡的MCU复位，单片机复位启动后进入IAP引导程序模式，准备进行升级。

2.3.2 单片机IAP程序流程

1)单片机IAP程序主循环处理流程

单片机复位后，从Block 1中运行IAP程序。当单片机运行IAP程序时，先判断保护标志是否有效，如果该标志有效，表示上一次升级过程中遇到故障(断电等异常情况)，则单片机自动将程序恢复至出厂程序。否则单片机主程序待机15 s，等待单片机处理串口中断接收到的数据，判断是否有升级任务。如果有升级任务，则将单片机升级标志置为有效，如果该标志有效，则单片机IAP主程序待机15 min，等待在线升级完成。升级完成后，开启看门狗等待单片机复位。单片机IAP程序主循环运行如图6所示。

2)单片机IAP程序中断处理流程

图6 单片机IAP程序流程图

网管盘收到文件传输命令后，发送一帧文件传输开始的指令，将待升级的应用程序包分解成适合本系统私有协议传输的小段，按照文件块序号逐段发送给子业务卡，子业务卡收到数据包，CRC校验无误后将单片机升级标志置为有效，并开始擦除片外Flash文件B部分的块。程序文件传输中，MCU开始接收数据，此时单片机将接收到的程序文件写入片外Flash从文件B部分的块;程序传输结束时，MCU将升级文件的文件名、文件长度和文件CRC16的校验和写入片外Flash从7FFFFH～80000H部分的扇区，共4 kbyte，单片机对接收到的文件整体校验，发送应答帧通知网管盘校验结果。

网管盘收到执行升级命令后，通知子业务卡准备执行升级。单片机会先运行Block 1的IAP程序，校验升级的应用程序文件，如果校验通过，将保护标志置为有效。然后开始擦除单片机片内ROM整个Block 0的块，当SFST寄存器的标志位置位后，表示擦除完成。接着，单片机将片外Flash存储区B中的升级文件读出并写入到单片机片内ROM的Block 0块中，开启看门狗，等待单片机复位，整个升级程序完成。

当开门狗溢出后，单片机复位令升级标志也复位，单片机程序跳转到Block 0起始位置运行。单片机程序正常运行后将保护标志复位。执行程序升级模块如图7所示。

图7 单片机IAP程序中断处理流程

2.3.3 网管盘与子业务卡的通信设计

网管盘与子业务卡之间的SPI通信采用SSDX私有协议，该协议具有一定的纠错机制和异常处理机制。在网管盘ARM与子业务卡MCU通信中采用发送一帧数据，确认一帧数据，收到错帧，请求重发的通信形式［5］。SSDX私有协议设计的SPI通信帧最大帧长不超过500 byte，接收程序可以通过文件块序号n在终端进行文件整理组合，单片机发送应答帧给网管盘通知文件块n接收OK，否则网管盘重传文件块5次，如果5次以内传送失败，则标志此次升级失败。SSDX私有协议数据帧格式如图8所示。

图8 SSDX私有协议帧格式

帧头:表示数据包的开始，固定为0xFE，0xFA 2个字节。

子卡地址:表示子卡在1个MSAP网元中的位置。

命令字:文件传输命令还是执行升级命令。

指令值:命令字的子命令。如果命令字是文件传输命令，则指令值有传输开始、传输中、传输结束3个指令;如果命令字是升级命令，则指令值就是执行在线升级指令。

文件块序号:表示升级程序所分割的报文所处的序号。

文件块内容:程序内容字节。

CRC16校验和:一帧数据的校验和，采用CRC16校验。

2.3.4 单片机IAP主要函数代码

单片机在进行升级过程中，对片内ROM主要进行块擦除和字节编程操作，该操作的程序代码如下所示:

//单片机片内ROM块擦除函数

Void block Erase(void)

{

SFCF|=0x40; //IAP功能使能

SFAH=0x00; //擦除的块为Block 0

SFDT=0x55;

SFCM=0x0D;

SFCF=SFCF& ～0x40;//IAP功能禁止

}

//单片机片内ROM字节编程函数

Void SST_byte_program(unsigned short dataAddr，

unsigned char dataByte)

{

SFCF=SFCF|0x40;//IAP功能使能

SFAH=dataAddr＞＞8;

SFAL=dataAddr;//装入地址SFDT=dataByte;//填入数据

SFCM=0x0D; //填入字节编程命令

while(SFST&0x40){;}

SFCF=SFCF& ～0x40;//IAP功能禁止

return;

}

单片机对片外Flash的操作主要用到擦除片外Flash块函数和读片外Flash数据函数［6］，通过单片机与片外Flash的SPI读指令(spi_SendByte)和写指令(spi_Read-Byte)向SST25VF080B发送相应的命令字，各常用功能命令字如图3所示。它们的程序源代码如下所示:

//擦除以Dst为起始地址大小为64 k的块

void FlashBlock_Erase(unsigned long Dst)

{

spi_SendByte(0xD8);//一次擦除64 k的块

spi_SendByte(((Dst&0xFFFFFF)＞＞16));

spi_SendByte(((Dst&0xFFFF)＞＞8));

spi_SendByte(Dst&0xFF);

Wait_Busy();

}

//读取地址Dst的数据

unsigned char FlashRead(unsigned long Dst)

{

spi_SendByte(0x03);//读命令

spi_SendByte(((Dst&0xFFFFFF)＞＞16));

spi_SendByte(((Dst&0xFFFF)＞＞8));

spi_SendByte(Dst&0xFF);

return(Spi_ReadByte());//返回值

}

3 测试结果

按照上述的升级系统搭建好测试环境后，将MCU的IAP程序下载到Block 1中，通过PC网管对终端设备进行远程升级。测试结果证明子业务卡的软件版本能够成功地进行更新，如图9所示。在遇到异常情况时，如升级的过程中出现断电故障，子业务卡能自动恢复到出厂程序运行，等待再次响应网管中心下达升级命令，直至升级成功。