ARM系統代碼固化的串口實現方法

　　早期的嵌入式程序采用“編程—燒寫—修改—燒寫”的開發模式，大量的時間消耗在重復燒寫芯片上，增加了開發成本和研發周期。之后發展到仿真器階段，雖然簡化了開發模式，但是由于仿真器與ARM芯片的兼容性等因素，經常會發生程序在仿真器上能正確運行，但是固化之后運行卻出現問題的情況。

　　程序的固化是軟件開發過程中重要的一環，一般可通過JATG口、網口及串口等進行燒寫。相比之下，串口實現更為便捷,更值得推廣。筆者在開發1C1T小靈通中繼站的過程中，通過編制燒寫程序，利用串口將編譯后的目標代碼發送給ARM處理器；由ARM處理器內部的監控程序將目標代碼寫入片外Flash，實現程序的在線燒寫。這樣不僅簡化了電路設計，而且降低了開發成本，縮短了開發時間。

1? 燒寫原理及過程

　　硬件連接如圖1所示，ARM開發板一方面通過串口與PC機連接，另一方面通過20針IDC寬帶線與仿真器相連，再由仿真器通過25針并口插座與PC機的LPT口相連。開發板通電后即可進行燒寫工作。

　　如圖2所示，代碼固化分2個步驟進行。第1步，如虛線一所示，監控程序的映像通過仿真器下載到ARM的內部RAM中運行，用戶可以在主機端用超級終端或者其他串口調試工具與開發板通信。第2步，將應用程序的可執行代碼通過串口發送，如虛線二所示，此時內部RAM里的監控程序就會接收并把它燒寫到Flash中。

圖1? ARM開發板與PC機的連接

圖2? 代碼燒寫原理

2? 監控程序的設計

2.1? 啟動代碼設計

　　實現串口燒寫的監控程序包括ARM啟動代碼、串口通信代碼和Flash燒寫代碼3部分。ARM啟動代碼是整個程序運行的入口點，完成ARM系統正常運行所必需的簡單初始化，然后把系統控制權交給操作系統或者高級語言編寫的監控程序。由于啟動代碼直接對SoC內核和硬件控制器進行編程,因此必須采用匯編語言。

　　啟動代碼包括異常向量表的定義、各種模式的堆棧初始化、系統硬件初始化、程序運行環境初始化，最后跳轉到用戶C語言主程序。當系統上電或復位后首先會從邏輯地址0x0處執行。

　　ARM處理器有7種運行模式，如表1所列。每一種模式都有獨立的堆棧指針寄存器（SP），因此對使用的模式都要給堆棧指針寄存器SP定義堆棧地址。改變狀態寄存器（CPSR）內的狀態位，使處理器切換到不同模式，然后給SP賦值就可以實現堆棧的初始化。當然，堆棧的大小視需要而定。

表1? ARM處理器的7種運行模式

　　堆棧初始化程序如下：

InitStack
　　MOVr0,lr;保存返回地址
　　MOV r1,#Mode_SVC:OR:I_Bit:OR:F_Bit;設置管理模式堆棧
　　MSRcpsr_c, r1
　　LDRr13, =SVC_STACK
　　MOVpc,r0;子程序返回

　　系統硬件初始化包括設置外部存儲器的類型、數據位寬度等，完成之后即可通過“B Main”語句跳轉到C語言主程序。與LDR指令相比，雖然跳轉范圍小，但是32 MB的地址空間跳轉足以滿足程序需要，而且運行得更快。

2.2? 燒寫主程序設計

　　Main函數功能主要包括接收串口數據、解析映像文件及寫入外部Flash，如圖3所示。串口函數主要由init_sio()、init_val()和send_data()組成。函數init_sio()用于對串口通信參數的設置：波特率，57 600 b/s；奇偶校驗，無；數據位，8位；停止位，1位。init_val()是對接收到的數據進行轉存，為了提高接收速率，把接收到的數據先暫存到外部SRAM中。如果程序量較小也可以選擇暫存到芯片內部的RAM（64 KB）中，等接收完畢后再對其進行解析。send_data()用于向串口回送燒寫工作的信息。

圖3? Main函數流程

　　下一步就是要對映像文件進行解析并正確地寫入外部Flash中。嵌入式程序通過編譯器生成的映像文件是elf格式的axf文件，里面有文件頭、段信息等信息，不能直接燒錄，一般將它轉化為bin或者hex文件。這里將嵌入式程序編譯成SRecord十六進制文件。這是一種Motorola公司推出的標準文件格式，用來將數據從PC機傳送到目標平臺Flash，在嵌入式開發中廣為應用。SRecord文件格式如下：

　　其中，SID表示當前記錄的類型，常見的有S0、S1、S5和S9等，各個類型代表的意義不同，如S9所在語句表示文件的結束；數據長度代表本句后面數據的長度；地址的字節數會因不同的S記錄而異，一般為2字節，表示的是后面的數據在存儲器中的地址。

　　一個S記錄的長度不會超過78字節，所以每次讀數據的長度設為78字節，通過判斷文件類型（如S3為0x5333）的標志位來確定一個S記錄的開始。解析過程就是根據SID確定數據長度，截取數據部分，傳遞要寫入Flash中的地址。

　　最后一步就是如何將數據寫入Flash。不同類型Flash存儲器的編程與擦除指令也不太一樣。本系統使用的是Hyundai公司生產的HY29LV160。

　　向Flash存儲器的特定寄存器寫入地址和數據命令,就可對Flash存儲器進行燒寫、擦除等操作。編程指令只能使“1”變為“0”,而擦除命令則可使“0”變為“1”,因此正確的操作順序是先擦除、后編程。當Flash被擦除后讀出的數據應為0xff。寫指令編程如下：

　　*((volatile uint16 *)start_addr + addr_unlock1)=data_unlock1;
　　　　start_add為Flash起始地址,addr_unlock1為0x555,//data_unlock1為0xaaaa
　　*((volatile uint16 *)start_addr +addr_unlock2)= data_unlock2;
　　　　//addr_unlock2為0x2aa,data_unlock2為0x5555
　　*((volatile uint16 *)start_addr +addr_unlock1)= setup_write;
　　　　//setup_write為0xa0a0
　　*to_add=data_pra;//寫入數據

　　應在每個單元燒寫命令發出后進行檢測,以保證前一個單元燒寫結束后再進行下一個存儲單元的燒寫,當然也可采用延時等待的方法進行連續的燒寫。

2.3? 編譯與執行

　　由于日本OKI公司的小靈通芯片ml7338是基于ARM7TDMI核，所以系統采用ARM集成開發調試環境ADS1.2，使用TechorICE仿真器。具體編譯語句如下：

　　armlink Startup.o main.o
　　-rw-base 0x10000000
　　-first Startup.o(vectors)//中斷向量表位于映像頭部
　　-o loader.axf
　　-info totals

　　其中，0x10000000是ml7338內部RAM的起始地址，編譯完成后生成loader.axf文件。

　　需要注意的是，要固化的代碼應轉化為SRecord文件?？稍诰幾g器下ARM fromELF﹥Output format中選擇Motorola 32 bit Hex,或者使用以下編譯語句處理：

　　>fromelfnodebug filename.axfm32 filename.txt

　　以上兩種方式都將產生SRecord文件。通過仿真器把燒寫程序下載到ml7338的內部RAM中,運行后即可固化PC端通過串口工具發送過來的應用程序代碼。固化完成后拔掉仿真器，當系統復位或上電后Flash存儲器被映射到起始地址0x0處,裝入的可執行映像文件即可得到執行。

結語

　　本文所寫的燒寫程序雖然是針對小靈通芯片ml7338的，但是已經把它拓展到了基于ARM的32位嵌入式系統，開發人員只需對框架略做修改即可編寫自己的燒寫程序。整個系統采用ARM匯編語言和C語言開發，因此可以方便地移植,而且對編寫基于網口的監控程序也具有重要的參考價值。