|
ARM處理器是一種高性能、低成本、低功耗的RISC微處理器，是目前最為流行的微處理器之一。ARM7作為ARM微處理器系列中的一員，廣泛應用于工業控制、網絡應用、消費電子和安全產品等。實際應用中往往需要對產品的程序進行升級以提升性能或消除缺陷，如何對已經投入使用的產品進行方便可靠的程序在線升級，是產品設計初期必須考慮的問題。盡管目前絕大多數基于Flash結構的ARM7芯片具備ISP功能，但是這需要特定的燒寫軟件支持和專業人員操作。燒寫軟件由芯片廠商提供，不便于集成到產品的主機端軟件中。在產品軟件功能中添加簡單易用的程序升級功能十分必要，文中以NXP公司的ARM7芯片LPC2132為例，為具有IAP功能的ARM7芯片提出一個穩定的在線升級方案。 1 IAP功能介紹 在應用編程IAP(In-Application Programming)是應用在Flash程序存儲器的一種編程模式。它可以在應用程序正常運行的情況下，通過調用特定的IAP程序對另外一段程序Flash空間進行讀／寫操作，甚至可以控制對某段、某頁甚至某個字節的讀／寫操作，這為數據存儲和固件的現場升級帶來了更大的靈活性。LPC2132的IAP程序位于芯片的BootBlock中，芯片出廠時由廠家寫入，不可修改。IAP程序是Thumb代碼，位于地址0x7FFFFFFO(重映射后地址)處。IAP功能函數可以通過如下代碼方便的調用。 void(*IAP)(unsigned int parameter[]， un-signed int result[])；／／定義函數指針變量IAP，／／IAP指向的函數的參數為兩個unsinged int數組 IAP=(void(*)())0x7fff_fff1／／設置函數指針，因為是Thumb代碼，地址最低位設定為1 unsigned int parameter_in；／／通過設定parame-ter_in各成員的值，實現各種IAP功能 usingned int result_out； (*IAP)(parameter_in，result_out)；／／調用特定功能的函數，執行結果存入result_out中 ／／IAP的命令碼、狀態碼和命令。 2 程序更新流程 LPC2132有64 kB的Flash存儲器，16 kB的RAM。Flash分為8個扇區，每個扇區4 kB空間，整個Flash存儲器占用的地址空間為0x0000_0000-0x0000_ffff。為了實現用戶程序運行過程中的程序更新，可以設計一段特定的駐留代碼，專門用于接收來自主機新的代碼，將其燒寫到相應的Flash空間，完成后跳轉到新的代碼去執行新的程序，用戶程序接收到來自主機的更新命令后跳轉到這段駐留代碼。駐留代碼通過串口接收命令，調用IAP函數燒寫Flash，代碼比較少，編譯生成的映像文件 (1)初始化串口，查詢接受緩沖區，檢測是否受到主機發來的4 bit數據包0x55 0xaa 0xff 0xff，其中前2 bit 0x55 0xaa為命令頭；第3 bit 0xff為命令，表示需要更新；第4 bit為命令和校驗。整個查詢過程持續100 ms，如果在100 ms內沒有收到此命令包，跳到應用程序入口執行舊程序，如收到該命令包，返回0xff，通知主機收到命令，執行下一步； (2)接受主機發來的數據包，其格式如表1所示。 將接收到的4 kB數據存入SRAM，接收的同時計算數據載荷的8位校驗和，對比校驗和，如果校驗和不對，給主機返回0x00表示接收不成功，主機會將當前包重發一遍；如果正確通過調用擦除IAP函數擦除當前需要寫入的扇區，再調用寫入IAP函數將RAM中的4 kB數據一次寫入對應的扇區(通過配置上面提到的IAP函數參數parameter_in實現擦除和寫入功能)，給主機返回0xff，表示操作成功； (3)如果上一步接受的數據包中標識指定其為最后一包，在執行步驟(2)寫入操作后，跳到0x0000_1000處，即用戶程序區，執行新的用戶程序。通過下面的內嵌匯編代碼可以十分方便的實現該跳轉功能。 相應的用戶程序設計時應該能從串口接收主機的命令，當接收到4 bit數據包0x55 0xaa 0xff0xff后跳轉到0x0000_0000處，執行駐留代碼，由駐留代碼完成用戶程序的更新。用戶程序設計時加上該功能后，其余與普通代碼設計沒有區別。主機端軟件在用戶點擊更新程序后，讀取ARM7映像。bin文件，識別其大小，將其分成以4 kB字節為單位的若干段，按照上面與駐留代碼的通信協議，將映像文件給駐留代碼，并給用戶提示是否成功信息。 在ARM應用系統中軟件一般采用C語言進行編程，為了能進行系統初始化，通常會用一段匯編文件作為啟動代碼，實現異常向量表的定義，堆棧初始化、系統變量初始化、中斷系統初始化、I／O初始化、地址重映射等。ARM7的異常向量位于地址0x0000_0000開始的32 bit內，當異常發生時程序從異常向量表取指令進行跳轉。異常向量表位于Flash的第一個4 kB空間，用戶程序運行時遇到異常時，也會到0x0000_0000開始的32 bit異常向量表中取出相應的指令。按照前面的設計，ADS編譯器會將用戶代碼異常向量表運行地址設為從0x0000_1000開始，為了能讓用戶程序實現正確的異常處理，駐留程序的啟動匯編代碼需要將相應的跳轉設為0x0000_1000開始的真正的用戶異常向量處，這樣駐留代碼不能使用中斷功能，實際上駐留代碼完全可以采用查詢方式進行串口通信。駐留程序的啟動匯編代碼示例如下： AREA vectors，CODE，READONLY ENTRY CODE32 Reset LDR PC，ResetInit；復位跳到駐留代碼初始化程序ResetInit B 0x000010004；跳到用戶異常向量UndefinedAddr B 0x000010008；跳到用戶異常向量SWI_Addr B 0x00001000c；跳到用戶異常向量PrefetchAddr B 0x000010010；跳到用戶異常向量DataAbortAddr NOP B 0x000010018；跳到用戶異常向量IRQ_Addr B 0x00001001c；跳到用戶異常向量FIQ_Addr ResetInit 3 注意事項 為了讓用戶代碼運行地址從0x0000_1000開始，在ADS的ARM Linker選項卡將RO Base設為0x0000_1000。因為處理器要切換到Thumb指令執行IAP代碼，需要將ARM C Compiler下的ARMThumb Interwoking選項勾上。另外IAP函數使用了RAM空間的高32 bit空間，因此用戶程序不應該使用該空間，用戶堆棧棧頂要設定為小于RAM頂端地址減32。 4 結束語 實驗結果顯示按照上面的方法編寫的駐留程序，能夠穩定的接受主機發來的新程序，并成功燒寫進Flash區，實現程序的更新。文中雖然以LPC2132為例實現，對于具有IAP功能的其他公司的ARM7芯片的在線程序更新也有借鑒意義。 |
