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基于ARM7芯片LPC2132的在線升級方案

牽手一起夢 ? 來源:電子科技 ? 作者:梁偉 ? 2020-10-04 12:34 ? 次閱讀

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。

基于ARM7芯片LPC2132的在線升級方案

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。

責任編輯:gt

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