基于MSP430單片機和串口芯片PL2303的BSL編程工具設計

為了對燒斷熔絲的MSP430系列單片機進行程序更新，采用USB轉(zhuǎn)串口芯片PL2303和VB6.0編程語言設計出了一款高性價比的BSL編程工具，給出了該編程工具的硬件和軟件設計的具體方案，并論述了設計中的要點。該BSL編程工具使用方便、操作簡單、成本低廉，投入使用以后獲得了較好的效果。

美國德州儀器公司的MSP430系列單片機在智能儀器儀表、醫(yī)療電子、消費電子等領域有著非常廣泛的應用。大部分MSP430系列單片機都具有非易失性Flash存儲器，用戶調(diào)試或更新Flash中程序的方式一般有兩種方法：JTAG和Bootstrap Loader（引導裝載程序，簡稱BSL）。

MSP430系列單片機內(nèi)部集成了JTAG仿真調(diào)試模塊，并口轉(zhuǎn)換器就可以作為一個低成本的JTAG硬件仿真調(diào)試工具，然而，為了保護用戶程序代碼，往往產(chǎn)品開發(fā)完成之后必須要燒斷MSP430單片機內(nèi)部的熔絲，這就使得MSP430單片機無法再通過JTAG接口訪問CPU或者更新Flash中的用戶程序了，要想再次訪問或者更新Flash中的用戶程序就需要使用BSL接口。BSL接口也是對燒斷熔絲后的MSP430單片機進行程序升級的唯一方法。

MSP430系列單片機出廠時在特定的內(nèi)存空間固化了一段引導代碼，即BSL，通過在單片機特定引腳上加一個特定的時序就可進入這段引導代碼，用戶就可以通過標準的異步串行口訪問單片機的內(nèi)部資源，如Flash、RAM等（讀操作需要驗證密碼），這就為嵌入式應用提供了方便的升級和維護方式。

采用USB轉(zhuǎn)串口芯片和VB6.0編程語言設計并實現(xiàn)了一種成本低廉、使用方便、操作簡單的BSL編程工具，可以通過串口實現(xiàn)對MSP430系列單片機進行擦除、編程、自動下載文件、聲音提示以及自動運行代碼等功能。系統(tǒng)總體設計框圖如圖1所示。

1 系統(tǒng)硬件設計

該BSL編程工具的硬件是使用USB轉(zhuǎn)串口芯片PL2303設計的，具有使用方便、設計成本低等優(yōu)點。PL2303是Prolific公司生產(chǎn)的USB總線轉(zhuǎn)接芯片，具有全部調(diào)制解調(diào)器控制信號，如TXD、RXD、DTR、RTS等，可實現(xiàn)USB轉(zhuǎn)3.3 V或5 V全雙工串口TTL電平。

PL2303芯片接入PC機后會產(chǎn)生一個虛擬的串口設備，使用VB6.0提供的MSComm串口控件進行編程，即可控制TXD、RXD、DTR、RTS產(chǎn)生所需要的時序信號。盡管使用PC機的物理串口也可以實現(xiàn)同樣的功能，但并不是每臺PC機都有物理串口，USB轉(zhuǎn)串口芯片使得該編程工具省去了物理串口的限制，并可為MSP430單片機提供電源，因此，PL2303是移動系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的理想選擇，其小封裝能夠嵌入到任何連接件和手持設備中。

該編程工具將PL2303芯片的DTR、RTS引腳分別連接到MSP430系列單片機的RST、TCK（或者TEST）引腳，如果是帶有TEST引腳的MSP430單片機，則應用TEST引腳替換TCK引腳。TX D、RXD是串口發(fā)送、接收引腳，需要連接MSP430單片機對應的BSL引腳，不同的單片機對應的接收和發(fā)送引腳不完全一樣。PL2303芯片的第4個引腳VDD 325是用來決定控制信號邏輯電平的，MSP430系列單片機都是3.3 V工作電壓，因此，VDD_325應該接3.3 V，以便于TXD、RXD、DTR和RTS產(chǎn)生3.3 V邏輯電平。AMS1117是用來將5 V電壓轉(zhuǎn)換為3.3 V電壓，除了給VDD_325提供電壓，也可以給外部的MSP430單片機提供3.3 V電源。系統(tǒng)硬件設計原理圖如圖2所示。

2 系統(tǒng)軟件設計

BSL編程工具的軟件設計采用VB6.0來實現(xiàn)，盡管使用VC++、Delphi等編程工具都可以實現(xiàn)該軟件的設計，但選擇VB6.0具有更多的優(yōu)勢，因為VB是一種比較簡單的事件驅(qū)動編程語言，對初學者的要求較低。VB擁有圖形用戶界面和快速應用程序開發(fā)系統(tǒng)，使用其提供的組件完全可以完成該軟件的設計。

2.1 MSP430單片機BSL時序介紹

要使MSP430單片機進入BSL復位向量，需要在單片機的RST和TCK（或者TEST）引腳施加一個特定的時序，MSP430單片機接到這個特定時序后，CPU的程序指針（PC）指向0x 0C00地址處，這是一段1 KB的ROM區(qū)（0x 0C00～0x 1000）。

在BSL程序開始執(zhí)行時，TCK引腳已收到至少兩個負跳變，并且當RST由低向高跳變時TCK保持低電平，此時，MSP430單片機進入BSL狀態(tài);如果是帶有TEST引腳的MSP430單片機，則應用TEST引腳替換TCK引腳，并且TEST引腳接收的到是至少兩個正跳變，并且當RST由低向高跳變時 TEST保持高電平。MSP430單片機BSL啟動時序如圖3所示。

2. 2 BSL的串口通信協(xié)議

MSP430單片機利用內(nèi)部定時器實現(xiàn)在特定的引腳模擬串口通信時序，大多數(shù)MSP430單片機的P1.1引腳作為BSL的發(fā)送端（即TXD），P2.2引腳作為BSL的接收端（即RXD），不同型號的單片機會有所不同。

MSP430單片機的串口協(xié)議默認采用：9 600的波特率，半雙工模式，1位起始位，8位數(shù)據(jù)位（最低位在前），1個偶校驗位，1位停止位。握手是通過一個確認字符進行的，在發(fā)送任何命令之前，必須先發(fā)送一個值為80H的同步字符給BSL，它提供了BSL系統(tǒng)時間基準。當BSL接收到同步字符之后，會發(fā)送一個90H的字符以確認成功接收。

BSL提供給用戶的命令主要分為兩類：一類命令需要驗證密碼才能執(zhí)行，如訪問單片機Flash、RAM以及外設等操作;另一類命令無需驗證密碼即可執(zhí)行，如整體擦除Flash、讀取BSL版本等。部分BSL命令數(shù)據(jù)幀格式如表1所列。

其中，從HDR到LH的8個字節(jié)是必須的，xx表示任意數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)D1～Dn是可選的;CKL是校驗和的低位，CKH是校驗和的高位，這兩個字節(jié)是必需的;ACK確認字節(jié)并不是每個命令都需要的。

2.3 BSL軟件設計

進行BSL軟件設計，主要用到了VB6.0中的幾個關鍵控件，如MSComm、CommandDialog、ComboBox、Timer、TextBox、ProgressBar、CommandButton、CheckBox等標準控件。

該BSL編程軟件下載的程序文件格式為TI公司txt純文本格式，它使用“@”表示地址的開始，地址后面表示從該地址開始要存儲的數(shù)據(jù)內(nèi)容，從地址后每一行為16個字節(jié)，每個字節(jié)使用十六進制數(shù)表示，每兩個字節(jié)之間用一個空格隔開。每遇到一個“@”字符就表示新地址的開始，地址后面同樣表示從該地址開始要存儲的數(shù)據(jù)內(nèi)容，文件最后以一個小寫的“q”字符加換行結(jié)束。根據(jù)TI-txt文件的格式，首先要使用CommandDialog控件打開要下載的文件，使用一定的算法分離出整個TI-txt文件中的多段起始地址以及每個起始地址所對應的數(shù)據(jù)內(nèi)容，然后通過串口一步一步地發(fā)送給BSL并寫入到指定的地址段。BSL編程軟件對TI-txt文件的處理流程如圖4所示。

要通過串口實現(xiàn)上位機軟件和MSP430單片機的BSL進行數(shù)據(jù)交換，最關鍵的一步就是先要使MSP430單片機進入BSL狀態(tài)。而要想使MSP430單片機進入BSL狀態(tài)，必須要在RST和TCK（或者TEST）引腳施加一個特定的時序，通過使用MSComm的兩個屬性DTREnable和 RTSEnable可以產(chǎn)生所需要的時序。DTREnable屬性是確定在通信過程中是否使用DTR（Data Term inal Ready）線。若DTREnable設置為True，則使用DTR線;若為False（缺?。?，則禁止DTR線。RTSEnable屬性和 DTREnable屬性類似，RTSEnable屬性用于確定是否使用RTS（Request To Send）線。若RTSEnable設置為True，則使用RTS線;若為False（缺?。?，則不使用RTS線。使用MSComm的這兩個屬性，可以在 VB6.0中通過以下代碼使MSP430單片機進入BSL狀態(tài)。

其中，DTRCheck和RTSCheck這兩個控件非常有用，可以在不改變硬件的情況下使DTR和RTS輸出的邏輯電平反相，這使得該BSL上位機軟件既可以適用于有TCK引腳的單片機，也可以適用于有TEST引腳的單片機，大大增強了BSL軟件的靈活性。

使MSP430單片機進入BSL狀態(tài)是關鍵的一步，打通了這一底層通信的關鍵環(huán)節(jié)之后，就可以一步一步地編寫調(diào)試其他各個軟件模塊了。MSP430單片機BSL編程軟件的設計流程圖和BSL編程軟件界面圖如圖5、6所示。

結(jié)語

采用USB轉(zhuǎn)串口芯片PL2303和VB6.0編程語言設計出了一款高性價比的BSL編程工具，該BSL編程工具具有使用方便、操作簡單、成本低廉等優(yōu)點，通過USB虛擬串口，不但可以對燒斷熔絲的MSP430系列單片機進行程序升級等操作，而且也可以作為用戶學習MSP430單片機的廉價編程工具。經(jīng)過反復多次修改及完善，該BSL編程工具應用于某機床廠的實際項目中，并被多個高校的大學生在實踐創(chuàng)新中使用，取得了較好的效果。