通过IIC总线实现ATmega88的在线编程

    由于用PC机串口模拟I2C总线时仅仅用到了串口的握手信号，而没有用到串口的波特率、数据长度、奇偶校验等设置功能及输入／输出缓冲区的管理功能，本文直接采用Windows提供的API函数实现串口编程。串口的打开和关闭分别采用CreateFile函数和CloseHandle函数实现。RTS和DTR信号高低电平的控制由EscapeCommFunction函数将串口作为文件操作实现，调用该函数后程序要有一定时间的延时以实现通信波特率的控制。CTS的电平状态则由GetCommModEMStatus函数查询得到。
    在实现了RTS、DTR的电平控制与CTS电平状态的获取后，借鉴单片机用I／O口模拟I2C总线的方法，可以通过控制RTS、DTR电平与查询CTS状态来模拟I2C总线。在总线的时序处理与读写操作方面，两种方法的唯一不同在于；用单片机I／O口模拟I2C总线时，I2C总线的SDA信号由输出模式转换到输入模式是通过将单片机I／O口从输出转换为输入实现的；由于串口握手信号无法实现双向通信，因此，SDA信号的输入功能是通过将DTR置高电平后读取CTS状态实现的，之所以将DTR置高电平是因为微控制器端的I2C总线的集电极开漏输出结构需要DTR置高后才能输出高电平，这类似于I2C总线上拉电阻的功能。
2．3 上位机程序设计
    PC端上位机程序的主要功能为：解析应用程序的Hex格式文件，并从中提取Flash中每一页面的地址与数据信息；设置串口号与所需升级的ATmega88的I2C总线地址，利用串口的握手信号模拟I2C总线通信，将Hex文件中的程序代码准确无误地发送给相应地址的Bootloader以实现应用程序的在线更新。
    根据上述功能设计了如图3所示的上位机程序界面，开发环境采用Borland C++builder 5．0，串口操作通过Windows API接口函数实现。

   
    I2C总线通信的波特率设置为10 kbps，这是通过每次EscapeCommFunction函数调用后运行相应时间的延时函数实现的，这样也可以使RTS和DTR信号在改变电平后有足够的稳定时间。点击“烧录程序”按钮后，上位机程序通过I2C总线向相应地址的ATmega88发送复位命令，然后循环发送Flash第一页的数据帧；ATmega88接收到复位命令利用看门狗复位或人工上电复位后，跳转运行Bootloader程序，开始接收数据帧并对相应的Flash页面进行编程。Bootloader接收到一帧数据后将I2C总线拉低，使总线处于忙状态，此时上位机一直查询SDA状态直到SDA恢复高电平后再操作I2C总线，这样便实现了有效的通信流量控制。Bootloader对数据帧进行校验后对flag进行标记，上位机发送完数据帧等I2C总线空闲后，读取flag并根据其状态重发数据帧或发送下一帧数据，这样便实现了通信的差错控制，保证写入程序代码的正确性。所有Flash页面编程完毕后，上位机程序关闭串口，Bootloader在2 s内接收不到数据帧后，就能跳转去运行升级后的应用程序。

结语
    本文给出了一套完整的利用I2C总线实现ATmega88微控制器在应用编程的方法，包括Bootloader程序、I2C总线的PC串口模拟、上位机程序及相关的通信协议。该方法应用于四旋翼飞行器的无感无刷直流电机驱动板，成功通过I2C总线实现了4个ATmega88微控制器的在线调试与升级。该方法经过少量针对具体微控制器的代码修改后也可用于其他AVR系列微控制器的在应用编程。

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