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[導(dǎo)讀]ARM嵌入式系統(tǒng)的ISP設(shè)計(jì)

應(yīng)用程序的固化是嵌入式產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程中一個(gè)重要環(huán)節(jié)?;贏(yíng)RM的嵌入式系統(tǒng)常用的程序固化方法是,用仿真器通過(guò)JTAG口將程序燒錄到Flash里,在產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)階段,使用仿真器幾乎是必然的;然而到了產(chǎn)品的生產(chǎn)階段,進(jìn)行應(yīng)用程序燒錄或升級(jí)操作的往往是生產(chǎn)線(xiàn)上的工人,他們不易掌握仿真器的使用方法,而且在生產(chǎn)階段也需要把JTAG調(diào)試口封住以防軟件被窺視。筆者在使用意法半導(dǎo)體的STR730開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的過(guò)程中,設(shè)計(jì)了一種通過(guò)串口進(jìn)行ISP(In System Programming,在系統(tǒng)編程)的方案。該方案成本低,生產(chǎn)線(xiàn)使用起來(lái)也很方便,而且即使升級(jí)過(guò)程中發(fā)生掉電之類(lèi)的意外也不會(huì)影響下一次升級(jí),安全而可靠。


1 硬件連接
    ISP方案的硬件連接如圖1所示。RS232轉(zhuǎn)接板用來(lái)將RS232電平轉(zhuǎn)換為T(mén)TL電平,并通過(guò)ISP_EN引腳給ARM開(kāi)發(fā)板提供信號(hào),讓其進(jìn)入ISP狀態(tài)。PC機(jī)上運(yùn)行用VC語(yǔ)言編寫(xiě)的ISP.exe,該程序把需要燒錄到F1ash里的.bin文件加密后發(fā)送到ARM開(kāi)發(fā)板,同時(shí)把燒錄的進(jìn)度提示顯示給用戶(hù)。圖1中的陰影部分具有固定的程序。

2 Flash燒錄原理
2.1 存儲(chǔ)器分配
    STR730是意法半導(dǎo)體生產(chǎn)的基于A(yíng)RM7TDMI的微控制器芯片,內(nèi)置16 KB RAM(0xa0000000~Oxa0003fff)和256 KB Flash(Ox80000000~Ox8003ffff)。內(nèi)置256 KB Flash的分配情況如圖2所示。按照?qǐng)D2中存儲(chǔ)器的分配編寫(xiě)Scatter文件,在生成可執(zhí)行文件時(shí)鏈接器會(huì)根據(jù)Scatter文件的內(nèi)容把相關(guān)代碼段定位到特定的地址上。該例中,程序從Flash啟動(dòng),且沒(méi)有使用存儲(chǔ)器重映射,因此中斷向量必須定位到Flash的起始位置。

    扇區(qū)O的內(nèi)容需要事先通過(guò)JTAG口燒入,此后就可以利用扇區(qū)O中的燒錄程序Programrher.o通過(guò)串口進(jìn)行ISP。在整個(gè)ISP過(guò)程中扇區(qū)0的內(nèi)容是保持不變的,這樣就可以防止ISP過(guò)程中出現(xiàn)掉電之類(lèi)的意外,導(dǎo)致初始化代碼Startup或燒錄程序Programmer受到損壞而無(wú)法再一次進(jìn)行ISP。
    無(wú)論對(duì)嵌入式產(chǎn)品添加新功能還是修改原有的軟件BUG,涉及的都只是用戶(hù)應(yīng)用程序的改動(dòng),初始化代碼Startup.s是無(wú)需改動(dòng)的,所以扇區(qū)O的內(nèi)容在ISP過(guò)程中可否保持不變,關(guān)鍵是能否使首次編譯生成的Vector.0始終與以后多次編譯的App.o相匹配。
    需要特別指出的是,當(dāng)用戶(hù)應(yīng)用程序發(fā)生改變時(shí),實(shí)際的中斷服務(wù)函數(shù)(一般是C語(yǔ)言函數(shù))很可能發(fā)生了改變,或者是實(shí)際的中斷服務(wù)函數(shù)的入口地址發(fā)生了改變,怎么通過(guò)固定不變的中斷向量Vector.o找到變化的中斷服務(wù)函數(shù)的入口呢?只要這個(gè)問(wèn)題解決了,就可以使首次編譯生成的Vector.o始終和以后多次編譯的App.o相匹配,這是該方案可行性的關(guān)鍵所在。為解決這個(gè)問(wèn)題,筆者在Flash的固定位置(0x80002000~0x800020ff)做了一個(gè)中斷映射表,實(shí)際上里面存放的是一條條跳轉(zhuǎn)指令。由于中斷映射表INTMap.s和用戶(hù)應(yīng)用程序App.c是一同編譯、鏈接的,里面的跳轉(zhuǎn)指令當(dāng)然可以準(zhǔn)確找到實(shí)際的中斷服務(wù)程序入口;而位于扇區(qū)O的中斷向量Vector.s雖然不和用戶(hù)應(yīng)用程序一起編譯,但中斷向量里的跳轉(zhuǎn)指令是絕對(duì)跳轉(zhuǎn)到固定的中斷映射表區(qū)域。這樣通過(guò)2次跳轉(zhuǎn)就可以準(zhǔn)確找到中斷服務(wù)程序的入口。
    可以通過(guò)圖3看出快中斷的處理流程(其他的中斷處理流程類(lèi)似)。

2.2 ISP執(zhí)行的步驟
   
筆者把起到燒錄Flash作用的程序單獨(dú)作為一個(gè)工程編譯、鏈接,生成.bin文件;然后把.bin文件轉(zhuǎn)化成一個(gè)unsigned char型的數(shù)組,并把該數(shù)組放在一個(gè)單獨(dú)的文件Programmet.c中;最后利用Scatter文件把Programmer.o定位在固定的地址空間(0x80001000~Ox80001fff,如圖2所示)。這樣一來(lái),就可以編寫(xiě)匯編程序,把燒錄程序Pro—grammer.o拷貝到RAM中,并讓PC指針跳轉(zhuǎn)到RAM中執(zhí)行燒錄。由于STR730沒(méi)有外部Flash,要燒錄Flash程序必須在RAM中運(yùn)行,所以拷貝Programmer.o到RAM中是必需的。以下代碼摘取自Startup.s。
CMP r1,#1


    燒錄程序Programmet的軟件流程如圖4所示。

    需要說(shuō)明的是:
    ①擦除Flash并不是完全擦除,而是擦除扇區(qū)0之外的其他扇區(qū);
    ②數(shù)據(jù)緩沖區(qū)有限,每次只接收指定大小的數(shù)據(jù),這樣接收和燒錄就可以并行進(jìn)行,提高了ISP的速度;
    ③為了提高軟件的安全性,原始的.bin文件是經(jīng)過(guò)加密的,在燒錄前需要將原始數(shù)據(jù)解密。


結(jié) 語(yǔ)

    本文闡述的這種通過(guò)串口ISP的方法已經(jīng)在實(shí)際的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)過(guò)程中使用。實(shí)踐證明,相比其他燒錄Flash的方法有很多優(yōu)勢(shì),比如成本低、硬件連接簡(jiǎn)單、操作方便、增強(qiáng)軟件的安全性等。筆者使用的MCU是STR730,稍做改動(dòng)也可以把這種ISP方法推廣到其他ARM體系結(jié)構(gòu)的MCU上去。

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