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基于STR730微控制器芯片實現(xiàn)在系統(tǒng)編程的設(shè)計方案

電子設(shè)計 ? 來源:單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 ? 作者:吳嵩,曹樂千 ? 2020-09-25 09:53 ? 次閱讀

應(yīng)用程序的固化是嵌入式產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)過程中一個重要環(huán)節(jié)。基于ARM嵌入式系統(tǒng)常用的程序固化方法是,用仿真器通過JTAG口將程序燒錄到Flash里,在產(chǎn)品的開發(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,進行應(yīng)用程序燒錄或升級操作的往往是生產(chǎn)線上的工人,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。在使用意法半導(dǎo)體的STR730開發(fā)產(chǎn)品的過程中,設(shè)計了一種通過串口進行ISP(In System Programming,在系統(tǒng)編程)的方案。該方案成本低,生產(chǎn)線使用起來也很方便,而且即使升級過程中發(fā)生掉電之類的意外也不會影響下一次升級,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)接板用來將RS232電平轉(zhuǎn)換為TTL電平,并通過ISP_EN引腳給ARM開發(fā)板提供信號,讓其進入ISP狀態(tài)。PC機上運行用VC語言編寫的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開發(fā)板,同時把燒錄的進度提示顯示給用戶。圖1中的陰影部分具有固定的程序。

2 Flash燒錄原理

2.1 存儲器分配

STR730是意法半導(dǎo)體生產(chǎn)的基于ARM7TDMI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。按照圖2中存儲器的分配編寫Scatter文件,在生成可執(zhí)行文件時鏈接器會根據(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,且沒有使用存儲器重映射,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通過串口進行ISP。在整個ISP過程中扇區(qū)0的內(nèi)容是保持不變的,這樣就可以防止ISP過程中出現(xiàn)掉電之類的意外,導(dǎo)致初始化代碼Startup或燒錄程序Programmer受到損壞而無法再一次進行ISP。

無論對嵌入式產(chǎn)品添加新功能還是修改原有的軟件BUG,涉及的都只是用戶應(yīng)用程序的改動,初始化代碼Startup.s是無需改動的,所以扇區(qū)O的內(nèi)容在ISP過程中可否保持不變,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)用戶應(yīng)用程序發(fā)生改變時,實際的中斷服務(wù)函數(shù)(一般是C語言函數(shù))很可能發(fā)生了改變,或者是實際的中斷服務(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?只要這個問題解決了,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。為解決這個問題,筆者在Flash的固定位置(0x80002000~0x800020ff)做了一個中斷映射表,實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)然可以準確找到實際的中斷服務(wù)程序入口;而位于扇區(qū)O的中斷向量Vector.s雖然不和用戶應(yīng)用程序一起編譯,但中斷向量里的跳轉(zhuǎn)指令是絕對跳轉(zhuǎn)到固定的中斷映射表區(qū)域。這樣通過2次跳轉(zhuǎn)就可以準確找到中斷服務(wù)程序的入口。

可以通過圖3看出快中斷的處理流程(其他的中斷處理流程類似)。

2.2 ISP執(zhí)行的步驟

把起到燒錄Flash作用的程序單獨作為一個工程編譯、鏈接,生成.bin文件;然后把.bin文件轉(zhuǎn)化成一個unsigned char型的數(shù)組,并把該數(shù)組放在一個單獨的文件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,就可以編寫匯編程序,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沒有外部Flash,要燒錄Flash程序必須在RAM中運行,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)過加密的,在燒錄前需要將原始數(shù)據(jù)解密。

結(jié) 語

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

責(zé)任編輯:gt

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