工控单片机固件自动升级系统的设计与实现

　　0引盲

　　提出一种单片机固件升级的新方法。这种方式使用U盘存储单片机升级用的文件，利用Atmel公司ATMegal28单片机提供的Bootloader功能，通过USB接口芯片CH375读取U盘内存储的文件川，使用BOotloader程序直接更换单片机内部Flash的原有固件.目前U盘价格便宜可以重复使用，而配合使用DES算法川对U盘内存储的信息进行加密更保证了U盘内信息的安全。这种单片机固件升级方法是安全、简便和实用的.

　　1. 单片机USB升级系统构成框图

　　本系统主要分成上位机软件和单片机系统部分。系统总体构成如图1所示。

　　上位机完成对编译器生成的固件文件的转换和加密，并且将转换后的单片机固件存储在U盘中。单片机系统以高性能的ATMega128单片机为核心.

　　2系统硬件设计

　　2.1核心徽处理器

　　ATmega128具备引导加载支持的用户程序自编程功能，它提供了一个真正的由MCU本身自动下载和更新应用程序代码的系统程序自编程更新的机制。利用这项功能，可以实现在应用编程(IAP)以及实现系统程序的远程自动更新的应用。

　　BOotloader的用户程序自编程功能，为用户自己定制Bootfoader程序提供了很大的便利。用户可以自己选择片上的资源(UART，SPI等)，通过不同的通讯方式与片外交换信息，如Xmodem通讯协议等。在ATMega128的Bootloader区，系统提供TSPM指令，用于程序应用区Flash页面的擦除、填写以及Flash缓冲页的填写等。

　　2.2USB模块

　　CH375是一个USB总线的通用接口芯片，支持US丹H(万T主机方式和US仔DEviCE/SLAVE设备方式，支持USBVZ.o通讯协议。在本地端，CH375具有8位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出，可以方便地挂接到单片机/mP/MCU/MPU等控制器的系统总线上。在USB主机方式下，CH375还提供了串行通讯方式，通过串行输入、串行输出和中断输出与单片机/比P/MCU/Ml】U等相连接。CH375内置存储设备的专用通讯协议，方便控制器以扇区为单位读写常用USB设备。通过ATMega128控制USB的方法可以有两种，在本系统的设计中，采用了通过1/0口模拟并口、查询中断的工作方式，这种硬件结构图如图2所示。

　　2.3控制和显示模块

　　控制和显示是此系统的人机交互界面。这个人机交互界面也是应用程序段和Bootloader程序段所共用的。在BOotloader程序中，当程序检测到升级问题存在时，提示用户是否要升级程序，用户通过键盘确认或者取消当前的固件升级。如果U盘存在无法读取等问题，通过显示模块告知用户。

　　3软件框架

　　本系统中的软件分为两大部分:上位机软件和单片机Bootloader固件设计。下面分别对这两部分内容进行介绍。