应用程序的固化是嵌入式产品开发和生产过程中一个重要环节。基于ARM的嵌入式系统常用的程序固化方法是,用仿真器通过JTAG口将程序烧录到Flash里,在产品的开发阶段,使用仿真器几乎是必然的;然而到了产品的生产阶段,进行应用程序烧录或升级操作的往往是生产线上的工人,他们不易掌握仿真器的使用方法,而且在生产阶段也需要把JTAG调试口封住以防软件被窥视。笔者在使用意法半导体的STR730开发产品的过程中,设计了一种通过串口进行ISP(In System Programming,在系统编程)的方案。该方案成本低,生产线使用起来也很方便,而且即使升级过程中发生掉电之类的意外也不会影响下一次升级,安全而可靠。
1 硬件连接
ISP方案的硬件连接如图1所示。RS232转接板用来将RS232电平转换为TTL电平,并通过ISP_EN引脚给ARM开发板提供信号,让其进入ISP状态。PC机上运行用VC语言编写的ISP.exe,该程序把需要烧录到F1ash里的.bin文件加密后发送到ARM开发板,同时把烧录的进度提示显示给用户。图1中的阴影部分具有固定的程序。
2 Flash烧录原理
2.1 存储器分配
STR730是意法半导体生产的基于ARM7TDMI的微控制器芯片,内置16 KB RAM(0xa0000000~Oxa0003fff)和256 KB Flash(Ox80000000~Ox8003ffff)。内置256 KB Flash的分配情况如图2所示。按照图2中存储器的分配编写Scatter文件,在生成可执行文件时链接器会根据Scatter文件的内容把相关代码段定位到特定的地址上。该例中,程序从Flash启动,且没有使用存储器重映射,因此中断向量必须定位到Flash的起始位置。
扇区O的内容需要事先通过JTAG口烧入,此后就可以利用扇区O中的烧录程序Programrher.o通过串口进行ISP。在整个ISP过程中扇区0的内容是保持不变的,这样就可以防止ISP过程中出现掉电之类的意外,导致初始化代码Startup或烧录程序Programmer受到损坏而无法再一次进行ISP。
无论对嵌入式产品添加新功能还是修改原有的软件BUG,涉及的都只是用户应用程序的改动,初始化代码Startup.s是无需改动的,所以扇区O的内容在ISP过程中可否保持不变,关键是能否使编译生成的Vector.0始终与以后多次编译的App.o相匹配。
需要特别指出的是,当用户应用程序发生改变时,实际的中断服务函数(一般是C语言函数)很可能发生了改变,或者是实际的中断服务函数的入口地址发生了改变,怎么通过固定不变的中断向量Vector.o找到变化的中断服务函数的入口呢?只要这个问题解决了,就可以使编译生成的Vector.o始终和以后多次编译的App.o相匹配,这是该方案可行性的关键所在。为解决这个问题,笔者在Flash的固定位置(0x80002000~0x800020ff)做了一个中断映射表,实际上里面存放的是一条条跳转指令。由于中断映射表INTMap.s和用户应用程序App.c是一同编译、链接的,里面的跳转指令当然可以准确找到实际的中断服务程序入口;而位于扇区O的中断向量Vector.s虽然不和用户应用程序一起编译,但中断向量里的跳转指令是跳转到固定的中断映射表区域。这样通过2次跳转就可以准确找到中断服务程序的入口。
可以通过图3看出快中断的处理流程(其他的中断处理流程类似)。
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