郭榮新

（華僑大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，福建 廈門(mén) 361021）

0 引言

目前，對(duì)講設(shè)備程序更新大多是通過(guò) PC下載的方式，而沒(méi)有采用嵌入式開(kāi)發(fā)思想來(lái)下載更新對(duì)講設(shè)備。傳統(tǒng)的對(duì)講設(shè)備程序下載更新方法存在如下不足：首先 PC需具有串口，如果沒(méi)有串口則需要USB接口，而通過(guò)USB接口需要另外安裝USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動(dòng)，這就導(dǎo)致下載軟件系統(tǒng)兼容性不好；另外必須在 PC上通過(guò)下載軟件下載更新，而且下載軟件操作繁瑣；另外對(duì)于車(chē)載對(duì)講設(shè)備程序更新，用笨重的 PC很不方便。為克服上述下載更新過(guò)程中的諸多不便，本文設(shè)計(jì)了一種更加便捷的程序下載系統(tǒng)。本方案中采用了嵌入式USB主機(jī)的設(shè)計(jì)思想，即利用單片機(jī)控制CH376通過(guò)USB接口讀取U盤(pán)中文件，再由單片機(jī)串口將文件下載到對(duì)講設(shè)備對(duì)其程序進(jìn)行更新。整個(gè)下載更新過(guò)程操作簡(jiǎn)便，只需要根據(jù)指示燈提示按一下按鍵即可完成全過(guò)程。另外本系統(tǒng)還具有結(jié)構(gòu)小巧、成本低廉、方便攜帶和可實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地為對(duì)講設(shè)備升級(jí)等特點(diǎn)。

本系統(tǒng)是一種基于單片機(jī)的對(duì)講設(shè)備程序下載裝置，采用嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)講設(shè)備程序的下載升級(jí)。本系統(tǒng)的主要目的是提供一種簡(jiǎn)單易行的程序升級(jí)的方法，尤其針對(duì)車(chē)載對(duì)講設(shè)備提供一種便攜的升級(jí)工具，避免了攜帶笨重的筆記本進(jìn)行升級(jí)的麻煩。

使用本系統(tǒng)時(shí)，需要做的準(zhǔn)備工作如下：首先將待升級(jí)的文件拷貝到U盤(pán)中，然后將該U盤(pán)中的文件命名為L(zhǎng)T1000B.BIN。前面準(zhǔn)備工作就緒之后，即可對(duì)對(duì)講設(shè)備進(jìn)行批量升級(jí)，升級(jí)方法如下：將上述U盤(pán)插在本系統(tǒng)的USB接口，對(duì)講設(shè)備與本系統(tǒng)連接好之后打開(kāi)本裝置，打開(kāi)對(duì)講設(shè)備，待最后一個(gè)LED亮?xí)r選擇按鍵1升級(jí)第一種類(lèi)型代碼文件，或者選擇按鍵2升級(jí)第二種類(lèi)型文件，升級(jí)結(jié)束后，本系統(tǒng)進(jìn)度LED指示燈全亮，并且本系統(tǒng)會(huì)通過(guò)蜂鳴器提示用戶升級(jí)結(jié)束。

1 硬件總體設(shè)計(jì)

對(duì)于非 PC類(lèi)的嵌入式系統(tǒng)，必須通過(guò)嵌入式USB主機(jī)控制器來(lái)管理主機(jī)到設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸，本系統(tǒng)選用南京沁恒的U盤(pán)文件管理控制芯片CH376來(lái)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)檎麄€(gè)USB協(xié)議框架非常復(fù)雜, 所以就需要MCU具有足夠的RAM, 用以處理大量的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、變量、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等等。其次系統(tǒng)要有大量的程序存儲(chǔ)區(qū),一般Flash的需求大概在10～60 kb[1]?；诔绦虼鎯?chǔ)容量和處理數(shù)據(jù)以及低功耗，后續(xù)擴(kuò)展的考慮，因此本系統(tǒng)采用宏晶科技的STC11L60XE單片機(jī)。

由于和本系統(tǒng)聯(lián)調(diào)的對(duì)講設(shè)備波特率要求為115 200 b/s，而波特率的計(jì)算公式[2]：

要達(dá)到如上波特率，采用串口工作方式2則需要7.372 8 MHz或者3.686 4 MHz的晶振；采用串口工作方式1，若設(shè)置SMOD為1，定時(shí)器工作方式為2，則由波特率計(jì)算公式可知：

若 TH1裝初值為 0xff（X=255），則socf 需選用22.118 4 MHz晶振。為了提高單片機(jī)的處理速度，本系統(tǒng)選用22.118 4 MHz的晶振。

單片機(jī)與 CH376的通訊接口采用并行總線連接。P0口與CH376的并口連接，P2.0連接CH376的并口地址輸入端，P2.1連接 CH376的片選端，WR和RD分別連接CH376并口寫(xiě)選通輸入和讀選通輸入，INT0連接CH376的中斷請(qǐng)求輸出，系統(tǒng)框圖如圖 1所示，圖中單片機(jī)采用宏晶科技的STC11L60XE單片機(jī)，U盤(pán)管理芯片采用南京沁恒的CH376，穩(wěn)壓源有5 V穩(wěn)壓和3.3 V穩(wěn)壓。通過(guò)系統(tǒng)框圖可知系統(tǒng)主要由CH376模塊、MCU模塊和穩(wěn)壓源模塊組成。

2 軟件總體設(shè)計(jì)

為了使設(shè)計(jì)的嵌入式 USB主機(jī)系統(tǒng)具有通用性，整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)不依賴于任何操作系統(tǒng)[2]。在建立起相應(yīng)的硬件連接后，就可以根據(jù)不同的硬件特點(diǎn)，選用不同的開(kāi)發(fā)工具和開(kāi)發(fā)語(yǔ)言進(jìn)行USB host的軟件設(shè)計(jì)工作[3]。程序采用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)，因此可以很方便地移植到其它處理器中[4]。整個(gè)下載過(guò)程遵循聯(lián)拓公司制定的程序更新下載協(xié)議如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

圖2 USB host與對(duì)講設(shè)備信息交換協(xié)議

由于串口波特率為115 200 b/s，也就是當(dāng)單片機(jī)接收串口數(shù)據(jù)時(shí)，大約每69.4 μs串口中斷就會(huì)響應(yīng)一次。按照協(xié)議要求每次需要比較至少22個(gè)字符，共有6種字符串，如果每收到一個(gè)字符就比較一次，那么單片機(jī)就難以及時(shí)處理每個(gè)字符。下面以第一個(gè)字符串的比較過(guò)程舉例。外部中斷的最短響應(yīng)時(shí)間為 3個(gè)機(jī)器周期，其中中斷請(qǐng)求標(biāo)志位查詢占1個(gè)機(jī)器周期，而這個(gè)機(jī)器周期恰好是處于指令的最后一個(gè)機(jī)器周期，在這個(gè)機(jī)器周期結(jié)束后，中斷即被響應(yīng)，CPU接著執(zhí)行 1條硬件子程序調(diào)用指令LCALL以轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口，則需要2個(gè)機(jī)器周期[5]。判斷是否是串口接收字符引起的中斷，需要2個(gè)機(jī)器周期。RI清零需要1個(gè)機(jī)器周期，將SBUF值暫存到變量需要2個(gè)機(jī)器周期，將變量值在存到數(shù)組中需要2個(gè)機(jī)器周期[6]。判斷是不是結(jié)束符0x0a與0x0d至少需要4個(gè)機(jī)器周期，判斷處于哪個(gè)發(fā)送階段需要比較至少需要 2個(gè)機(jī)器周期（如果是最后一個(gè)字符串需要比較四次即 8個(gè)機(jī)器周期），RETI指令需要 2個(gè)機(jī)器周期，判斷接收字符數(shù)是否超過(guò)緩存需要 2個(gè)機(jī)器周期。由于本系統(tǒng)選用的是22.118 4 MHz的晶振，所以一個(gè)機(jī)器周期為0.54 μs。比較指令執(zhí)行執(zhí)行時(shí)間為 2個(gè)機(jī)器周期，如果每次收到一個(gè)字符就比較一次綜上所述那么當(dāng)收到第52個(gè)字符時(shí)需要的機(jī)器周期至少需要(3+2+1+2+2+4+8+2+2+52×2)×0.54 μs=70.2 μs。很明顯大于 69.4 μs，如果采用這種思路會(huì)導(dǎo)致丟失字符的錯(cuò)誤。為避免該錯(cuò)誤的出現(xiàn)，本方案中串口中斷服務(wù)程序采用的方法是將收到的字符暫存起來(lái)之后先判斷處于哪個(gè)階段，再判斷該階段的字符串是否已經(jīng)接收完畢，接收完畢再比較。

3 結(jié)語(yǔ)

本文整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)與福建聯(lián)拓科技公司生產(chǎn)的對(duì)講設(shè)備聯(lián)試后效果良好，該模塊也可通過(guò)修改通信協(xié)議用于所有市面上流行的對(duì)講機(jī)，應(yīng)用前景廣泛。本文作者創(chuàng)新之處在于：將下載軟件移植到單片機(jī)控制的USB主機(jī)系統(tǒng)，將USB host技術(shù)應(yīng)用于對(duì)講設(shè)備程序升級(jí)，為寫(xiě)頻軟件移植到該系統(tǒng)提供了很好的思路。

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