2 總體系統(tǒng)升級(jí)方案設(shè)計(jì)
    廠家生產(chǎn)出產(chǎn)品后，用戶購買回去使用，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)了系統(tǒng)漏洞或者用戶不滿足現(xiàn)有功能而提出更多需求時(shí)，就要對(duì)系統(tǒng)升級(jí)或者維護(hù)系統(tǒng)功能。廠家只需將SD卡取回，把更新后的程序放入SD卡中，然后發(fā)放給用戶，用戶只需把SD卡插入終端設(shè)備．即可達(dá)到系統(tǒng)升級(jí)的目的。圖1給出廠商與用戶之間的交流流程圖。圖2給出整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖。

    按圖1所示，廠商與用戶交流過程如下：
    (1)廠商將一個(gè)類似Boot loader的程序通過ISP方式，將其下載到Flash中，如圖2所示的位置。
    (2)將升級(jí)程序放入SD卡中，隨產(chǎn)品一起出廠。
    (3)用戶拿到SD卡后，將其插入SD卡槽，終端設(shè)備開始工作。
    (4)用戶使用一段時(shí)間后，若出現(xiàn)問題或者需要升級(jí)、維護(hù)時(shí)．只需將SD卡返回廠家即可。
    (5)廠家將升級(jí)后的程序放入返回的SD卡中，再返回給用戶．或者廠家直接再發(fā)放SD卡給用戶，而無需用戶返回SD卡。
    (6)用戶拿到SD卡后，將其直接插入終端設(shè)備卡后，則可達(dá)到升級(jí)的目的。
    出廠前，通過ISP編程方式燒入一個(gè)類似于Boot loader的程序。該程序的實(shí)現(xiàn)大致分為3個(gè)步驟：
    (1)SPI模式下的SD卡底層驅(qū)動(dòng)；
    (2)讀出SD卡中的系統(tǒng)程序，并放入指定的Flash地址段中：
    (3)跳轉(zhuǎn)到指定的Flash地址段，執(zhí)行升級(jí)后的系統(tǒng)。
    在用戶插入SD卡前，程序不斷判斷SD卡是否插入。用戶插入SD卡后，程序首先驅(qū)動(dòng)SD卡，使其能正常工作，然后讀取SD卡中的升級(jí)程序，并將其放入指定的Flash地址段中。最后，跳轉(zhuǎn)到指定段，開始工作。廠家可根據(jù)需要，任意安排升級(jí)程序放置的位置。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
    核心處理器采用PHILIPS公司的LPC2148。它是一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的32位ARM7微控制器。帶有32KB和512 KB嵌入的高速Flash存儲(chǔ)器。128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)，使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行，并帶有SPI總線。選用該處理器主要考慮其內(nèi)部資源豐富，無需擴(kuò)展存儲(chǔ)器和SPI總線，且性能優(yōu)異，抗干擾能力強(qiáng)，價(jià)格低廉，具有極高的性價(jià)比。
    該設(shè)計(jì)只是產(chǎn)品電路中的一部分。其硬件電路如圖3所示。LPC2148具有同步、全雙工串行接口(SPI)，其最大數(shù)據(jù)位頻率為輸入時(shí)鐘頻率的1／8，可以設(shè)置為主機(jī)或從機(jī)工作方式。SD卡是通過SPI總線協(xié)議驅(qū)動(dòng)的，數(shù)據(jù)傳輸中。主機(jī)總是向從機(jī)發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，而從機(jī)也總是向主機(jī)發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。圖3中左邊為LPC2148，右邊為SD卡插槽。SCKl為串行時(shí)鐘，用于LPC2148與SD卡之間的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)鐘信號(hào)：MISOl是一個(gè)單向信號(hào)，用于將數(shù)據(jù)從SD卡傳輸至LPC2148；MOSll也是一個(gè)單向信號(hào)。用于將數(shù)據(jù)從LPC2148傳輸至SD卡；SSEL1為選通信號(hào)，用于選中SD卡。圖3中的引腳3和引腳6分別接地，引腳4接電源，引腳8用于檢測SD卡是否插入，并可根據(jù)實(shí)際要求選定。SD卡與LPC2148之間通過SPI協(xié)議和SD文件系統(tǒng)的組織形式．才能協(xié)調(diào)通訊。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)軟件部分首先通過SPI協(xié)議對(duì)SD卡初始化，然后根據(jù)SD卡的FAF32文件系統(tǒng)組織形式讀取SD卡中的數(shù)據(jù)，將讀取數(shù)據(jù)通過IAP方式將其寫入Flash中，最后用一個(gè)跳轉(zhuǎn)程序跳轉(zhuǎn)到該段，以達(dá)到升級(jí)的目的。
4．1 SD卡的初始化
    用戶應(yīng)用程序通常以文件的形式訪問SD卡，并以文件的形式存取數(shù)據(jù)；文件系統(tǒng)層是通過調(diào)用SD卡物理層的有關(guān)函數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，所以要想以文件系統(tǒng)的形式訪問SD卡，則必須先驅(qū)動(dòng)SD。SD卡的讀寫操作都是基于命令的，通過向SD卡發(fā)送相應(yīng)的命令并讀取相應(yīng)的響應(yīng)控制SD卡。在對(duì)SD卡讀寫前，首先要進(jìn)行初始化操作。這是確保SD卡能在SPI模式下正常讀寫數(shù)據(jù)的前提。SD卡上電復(fù)位后，默認(rèn)是SD模式。為了使SD卡進(jìn)入SPI模式，必須將CS置低(至少延遲74個(gè)時(shí)鐘)并通過SPI總線發(fā)送CMDn，使SD卡復(fù)位，同時(shí)激活，并進(jìn)行內(nèi)部初始化處理，使SD卡退出空閑狀態(tài)。
    SD卡初始化流程圖如圖4所示。

    SD卡中SPI模塊的讀操作包括讀單塊和讀多塊兩種。該系統(tǒng)僅實(shí)現(xiàn)了讀單塊功能。初始化的長度為512字節(jié)。函數(shù)的實(shí)現(xiàn)分為4個(gè)步驟：①LPC2148向SD卡發(fā)送讀單塊命令(CMD17)，SD卡響應(yīng)(Rl格式)；②等待SD卡發(fā)送讀起始令牌；③判斷收到的令牌是否為0xFE；④從SD卡中讀取數(shù)據(jù)。
4．2 SD卡文件系統(tǒng)
    SD卡完成底層驅(qū)動(dòng)后，可按照FAT32文件系統(tǒng)格式對(duì)SD卡上的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，進(jìn)而在SD卡上實(shí)現(xiàn)讀寫文件等操作。FAT32文件系統(tǒng)是微軟FAT類文件系統(tǒng)中的最高版本．是現(xiàn)今Windows下最常用的硬盤文件系統(tǒng)。
    當(dāng)讀取SD卡中的文件時(shí)，首先要根據(jù)文件名查找該文件的信息結(jié)構(gòu)體。根據(jù)文件信息結(jié)構(gòu)體中的起始簇號(hào)即可找到數(shù)據(jù)區(qū)第1簇的內(nèi)容，也可在FAT表中找到第2個(gè)簇號(hào)。根據(jù)第2個(gè)簇號(hào)又能找到第2簇的內(nèi)容和FAT表中的第3個(gè)簇號(hào)，直至遇到文件結(jié)束標(biāo)志。這樣，就可根據(jù)FAT表中的簇號(hào)讀取到全部文件數(shù)據(jù)。以圖5為例，說明讀取SD卡文件的具體步驟：

    (1)先在目錄項(xiàng)表中找到與文件名匹配的，如“Mvfile”，從“Myfile”所對(duì)應(yīng)的目錄項(xiàng)中可以讀到該文件的首簇號(hào)0004：
    (2)根據(jù)首簇號(hào)0004訪問FAT表，讀出首簇號(hào)對(duì)應(yīng)的FAT表項(xiàng)內(nèi)容0005，即第2個(gè)簇號(hào)。根據(jù)第2個(gè)簇號(hào)再訪問FAT表，讀出其對(duì)應(yīng)的FAT表內(nèi)容，即第3個(gè)簇號(hào)0006…等。依次做下去，直到最后一個(gè)表項(xiàng)內(nèi)容為FFFF為止；
    (3)由第(2)步可知，“Myfile"這個(gè)文件占用了4個(gè)簇，這4個(gè)簇號(hào)形成一個(gè)簇鏈000dH一0005H一0006H一0008H，根據(jù)這些簇號(hào)所形成的簇鏈訪問這4個(gè)簇號(hào)對(duì)應(yīng)的4個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域．文件“Myfile”就分成4個(gè)部分分別存放在這4個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域中161。
4．3 IAP功能的實(shí)現(xiàn)
    LPC2148支持多種方式對(duì)Flash進(jìn)行編程，用來寫入用戶代碼或數(shù)據(jù)。第一種方式是通過內(nèi)置的串行JTAG接口進(jìn)行編程：第二種方式是通過UART0進(jìn)行在系統(tǒng)編程(ISP)；第三種方式是通過在應(yīng)用編程(IAP)。IAP程序是thumb代碼，地址為0x7FFFFFF0。在使用IAP擦除、編程操作過程中，片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器不可訪問。當(dāng)用戶運(yùn)行應(yīng)用程序時(shí)，用戶Flash區(qū)域的中斷向量有效．所以在調(diào)用Flash擦除、寫IAP之前，用戶應(yīng)當(dāng)禁止中斷，確保用戶中斷向量在RAM中有效和中斷處理程序位于RAM中。IAP代碼不使用或禁止中斷?？蓪D卡讀出的數(shù)據(jù)用C代碼燒入指定的Flash段中：

4．4 程序?qū)崿F(xiàn)跳轉(zhuǎn)到任意行代碼段執(zhí)行
    現(xiàn)以下例來說明這段程序，如果程序跳轉(zhuǎn)到絕對(duì)地址為0xFFFF0執(zhí)行，代碼如下：
    typedef void(*run)()；//定義一個(gè)無參數(shù)，無返回類型的函數(shù)指針類型
    run address=(run)0xFFFFO；／／定義一個(gè)函數(shù)指針，指向跳轉(zhuǎn)的位置
    address()：//調(diào)用函數(shù)
    在上述應(yīng)用程序中，根本沒有看到任何一個(gè)函數(shù)實(shí)體，但是卻執(zhí)行了函數(shù)調(diào)用；實(shí)際上它起到了“軟重肩”的作用，跳轉(zhuǎn)到CPU啟動(dòng)后第一條要執(zhí)行的指令位置，即實(shí)現(xiàn)了程序的跳轉(zhuǎn)。

5 結(jié)語
    該設(shè)計(jì)方案以LPC2148為核心，通過SD卡驅(qū)動(dòng)、FAT32文件系統(tǒng)、IAP功能和程序跳轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)升級(jí)的模塊設(shè)計(jì)，并用于實(shí)際開發(fā)中。該設(shè)計(jì)增強(qiáng)了系統(tǒng)維護(hù)，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期．節(jié)約了大量的人力、財(cái)力，增加了與用戶的交流力度。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比。在開發(fā)時(shí)間、成本和靈活性等方面都占有優(yōu)勢(shì)性。該設(shè)計(jì)已經(jīng)調(diào)試成功，并作為一個(gè)功能模塊用于某電子產(chǎn)品上，在產(chǎn)品需要增加新功能和維護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定方面起到了巨大的作用。要注意的是，該程序設(shè)計(jì)是在Keil下編譯通過的，生成的HEX文件不能直接放入SD卡中，因?yàn)樵撐募c通過ISP燒寫Flash的文件不一樣，要作一定的修改。另外，該方案不僅能用于系統(tǒng)升級(jí)，也能用于為程序補(bǔ)丁和寫入數(shù)據(jù)等，也可用于ARM9。因此該設(shè)計(jì)方案具有廣泛的應(yīng)用前景。