?IAP(In Application Programming)功能設(shè)計(jì)?是指在應(yīng)用程序運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)預(yù)留的通信接口對(duì)存儲(chǔ)器中的程序進(jìn)行更新和升級(jí)的設(shè)計(jì)。具體來(lái)說(shuō)，IAP功能設(shè)計(jì)允許用戶(hù)在自己的程序運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)User Flash的部分區(qū)域進(jìn)行燒寫(xiě)，從而實(shí)現(xiàn)固件的更新和升級(jí)。這種設(shè)計(jì)的主要目的是為了在產(chǎn)品發(fā)布后，能夠通過(guò)預(yù)留的通信口(如串口、USB、網(wǎng)絡(luò)等)方便地對(duì)產(chǎn)品中的固件程序進(jìn)行更新升級(jí)?12。

IAP功能設(shè)計(jì)的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法

IAP功能設(shè)計(jì)通常涉及以下步驟：

?程序分兩部分編寫(xiě)?：通常將程序分為BOOT和APP兩部分。BOOT部分負(fù)責(zé)檢查是否需要對(duì)APP部分進(jìn)行更新，如果需要?jiǎng)t進(jìn)行更新操作;如果不需更新則直接跳轉(zhuǎn)到APP部分執(zhí)行?23。

?Flash空間劃分?：根據(jù)需要，可以將Flash空間劃分為多個(gè)區(qū)域，例如APP1和APP2，用于備份和升級(jí)?2。

?通信接口?：通過(guò)串口、USB、網(wǎng)絡(luò)等方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)固件的更新和升級(jí)?2。

IAP功能設(shè)計(jì)的應(yīng)用場(chǎng)景和優(yōu)勢(shì)

IAP功能設(shè)計(jì)廣泛應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)中，特別是在需要頻繁更新固件的設(shè)備中。其優(yōu)勢(shì)包括：

?靈活性高?：可以在應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)進(jìn)行更新，無(wú)需停止設(shè)備運(yùn)行。

?維護(hù)方便?：通過(guò)預(yù)留的通信口進(jìn)行固件更新，減少了維護(hù)成本和時(shí)間。

?適用性強(qiáng)?：適用于各種需要遠(yuǎn)程升級(jí)的設(shè)備，如智能家居設(shè)備、工業(yè)控制設(shè)備等。

通過(guò)以上內(nèi)容，可以全面了解IAP功能設(shè)計(jì)的定義、原理、實(shí)現(xiàn)方法以及應(yīng)用場(chǎng)景和優(yōu)勢(shì)。

要實(shí)現(xiàn)IAP功能，通常需要在設(shè)計(jì)固件程序時(shí)編寫(xiě)兩個(gè)項(xiàng)目代碼：第一個(gè)項(xiàng)目程序不執(zhí)行正常的功能操作，而只是通過(guò)某種通信管道(如USB、USART、一些無(wú)線(xiàn)設(shè)備)接收程序或數(shù)據(jù)(可執(zhí)行HEX文件)，執(zhí)行對(duì)第二部分代碼的更新;第二個(gè)項(xiàng)目代碼才是真正的功能代碼。這兩部分項(xiàng)目代碼同時(shí)燒錄在用戶(hù)Flash中，當(dāng)芯片上電后，首先是第一個(gè)項(xiàng)目代碼開(kāi)始運(yùn)行，再去更新第二段代碼。相比傳統(tǒng)ISP(在系統(tǒng)編程)需要專(zhuān)用燒錄器的模式，IAP顯著降低了維護(hù)成本和時(shí)間延遲。但需注意存儲(chǔ)空間劃分的安全冗余設(shè)計(jì)，避免因斷電導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。部分高端方案會(huì)采用雙Bank存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，確保升級(jí)失敗時(shí)能回滾至舊版本。當(dāng)前IAP技術(shù)正與安全啟動(dòng)(Secure Boot)機(jī)制深度結(jié)合，防范惡意代碼注入風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)IAP的特性，以及MSP430系列沒(méi)有自帶IAP功能的特點(diǎn)，必須自行編寫(xiě)IAP程序來(lái)進(jìn)行片內(nèi)Flash的燒寫(xiě)，這樣才能達(dá)到升級(jí)的目的。以下將詳細(xì)介紹如何進(jìn)行IAP升級(jí)設(shè)計(jì)。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體構(gòu)想是，通過(guò)無(wú)線(xiàn)的方式，將需要升級(jí)的二進(jìn)制文件直接下載到相應(yīng)的地址空間，然后讓單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行IAP升級(jí)。

這里的重點(diǎn)是要編寫(xiě)一個(gè)“螞蟻搬家”代碼，因?yàn)樗皇窃贛SP4 30F149片內(nèi)Flahs區(qū)里運(yùn)行的，而是在設(shè)定的RAM區(qū)運(yùn)行。RAM空間有限，所以用匯編代碼編寫(xiě)(推薦，也可以用C語(yǔ)言寫(xiě)，然后再精簡(jiǎn)為匯編語(yǔ)言)，不能有堆棧的操作，代碼不能超過(guò)2 KB。

1 硬件設(shè)計(jì)

(1)系統(tǒng)主芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

首先簡(jiǎn)單介紹一下MSP430F149的內(nèi)部存儲(chǔ)地址結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示，這樣有助于對(duì)它進(jìn)行IAP的升級(jí)設(shè)計(jì)。

由圖1可以看出，ROM和RAM同一個(gè)地址空間，尋址空間為64 KB，采用馮·諾依曼結(jié)構(gòu)，使用一組地址數(shù)據(jù)總線(xiàn)，地址為0000H～FFFFH，RAM地址區(qū)域?yàn)?200H～09FFH，代碼區(qū)ROM為1000H～FFFF。

(2)外擴(kuò)的Flash芯片結(jié)構(gòu)

為了能夠?qū)⒁?jí)的文件(一般是IAR編譯出來(lái)后，要經(jīng)過(guò)第三方軟件換為二進(jìn)制文件)先保存在一個(gè)地方，系統(tǒng)必須外擴(kuò)1片F(xiàn)lash(當(dāng)然也可是其他介質(zhì))。由于MSP430F149系列單片機(jī)的SPI接口有2個(gè)，因此選擇了具有SPI接口的Flash芯片，如SST25VF016(16 Mb)等系列。該芯片電壓為2.7～3.6 V，剛好符合MSP系列單片機(jī)低功耗電壓的要求，操作指令非常簡(jiǎn)單。外擴(kuò)Flash硬件框圖如圖2所示。根據(jù)保存數(shù)據(jù)的要求，可以設(shè)計(jì)為多片，使保存的空間更多。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)好存放升級(jí)文件的首地址和該文件的大小。在MSP430F149系列中，該文件一般大小為64 KB。

(3)存儲(chǔ)空間地址劃分

為了能詳細(xì)清晰的說(shuō)明，可以把HEX文件保存在SST25VF016的開(kāi)頭地址上，即地址從0x000000～0x010000即可。當(dāng)然也可以根據(jù)項(xiàng)目要求，自定義空間地址。

2 通信傳輸

對(duì)于如何將編譯好的可執(zhí)行文件(BIN文件)從第三方下載到相應(yīng)的外擴(kuò)存儲(chǔ)空間里，這里主要推薦幾款無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)程升級(jí)方案：

①無(wú)線(xiàn)GPRS方案，優(yōu)點(diǎn)是可以遠(yuǎn)程控制下載;缺點(diǎn)是GPRS需要收費(fèi)，而且是一卡對(duì)應(yīng)一設(shè)備(在即將解決費(fèi)用問(wèn)題的同時(shí)，這也許是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì))。

②紅外線(xiàn)方案，現(xiàn)在很多的PDA都帶有該功能，在該單片機(jī)的系統(tǒng)加接一個(gè)紅外模塊，并且在PDA上寫(xiě)個(gè)小軟件，就可以輕松地將升級(jí)文件下載到外擴(kuò)的Flash指定的位置;缺點(diǎn)是需要人員到現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。

③藍(lán)牙技術(shù)方案，這個(gè)技術(shù)和紅外線(xiàn)技術(shù)類(lèi)似，優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸沒(méi)有方向性，速度較紅外線(xiàn)快得多。

其他不一一介紹，希望讀者能有更多的升級(jí)方案。為了簡(jiǎn)要說(shuō)明，這里用紅外線(xiàn)方案作為下載升級(jí)軟件的媒體介質(zhì)，其他無(wú)線(xiàn)或者有線(xiàn)的媒體介質(zhì)，其原理都一樣，讀者可以根據(jù)自己的項(xiàng)目自行選擇。

3 軟件設(shè)計(jì)

首先假設(shè)已經(jīng)將要升級(jí)的文件下載到相應(yīng)的外擴(kuò)Flash中了，對(duì)于整個(gè)IAP程序的設(shè)計(jì)，分為兩個(gè)部分：第一，先編寫(xiě)“螞蟻搬家”程序，即一字節(jié)一字節(jié)地從相應(yīng)的外擴(kuò)Flash地址(事先已經(jīng)定義好了)中搬移到片內(nèi)Flash中(從0x1100開(kāi)始至0xFFFF);第二，編寫(xiě)引導(dǎo)程序(COPY程序)，將“螞蟻搬家”程序拷貝到相應(yīng)的RAM空間(0x0200)中，并將PC指向0x0200。系統(tǒng)升級(jí)程序流程如圖3所示。

注意：從片外的Flash拷貝到片內(nèi)Flash中時(shí)，一定要將60 KB全部拷貝完畢，否則系統(tǒng)將為不正常。最后要開(kāi)啟看門(mén)狗，復(fù)位，即PC從0x0000開(kāi)始?！拔浵伆峒摇背绦蛄鞒倘鐖D4所示。

圖4中必須注意：

①必須先固定該程序的入口地址，這樣引導(dǎo)程序才能將之拷貝到RAM中，大小要控制在2 KB之內(nèi)。該程序比較小，一般不會(huì)

超過(guò)2 KB 。

②必須將Flash狀態(tài)鎖住，這樣在寫(xiě)的時(shí)候不容易出錯(cuò)。

③在讀取60 KB數(shù)據(jù)后，打開(kāi)看門(mén)狗。IAP升級(jí)系統(tǒng)是根據(jù)看門(mén)狗不喂狗來(lái)自動(dòng)復(fù)位重啟系統(tǒng)的。

用戶(hù)只要根據(jù)上面的流程進(jìn)行編程，就很容易實(shí)現(xiàn)IAP升級(jí)(這里是重點(diǎn)，也是一個(gè)難點(diǎn))。引導(dǎo)程序流程如圖5所示。

圖5說(shuō)明：聲明一個(gè)入口函數(shù)，便于外部程序升級(jí)時(shí)調(diào)用。這個(gè)引導(dǎo)程序比較簡(jiǎn)單。由于在片內(nèi)執(zhí)行，所以使用匯編語(yǔ)言(mov指令)很容易就可以把螞蟻搬家程序?qū)氲絉AM中。

由于IAR編譯出來(lái)的最終文件為*.a43文件，建議使用類(lèi)似(HexToBin.exe)軟件將*.a43文件轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制文件，就可直接下載了。

4 注意事項(xiàng)

這段代碼必須在RAM里運(yùn)行，所以暫時(shí)不使用SP來(lái)“RET”。也就是說(shuō)，不可以使用CALL指令，也不可以使用壓棧處理(如PUSH或者POP等指令)，所以這里將不可以開(kāi)設(shè)堆棧區(qū)。通過(guò)某種無(wú)線(xiàn)手段執(zhí)行代碼(BIN文件)，然后根據(jù)自定義無(wú)線(xiàn)協(xié)議，將該可執(zhí)行代碼下載并保存到片外的Flash相應(yīng)地址空間，最后啟動(dòng)升級(jí)程序。最后通過(guò)啟動(dòng)看門(mén)狗并復(fù)位來(lái)啟動(dòng)系統(tǒng)。