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ARM系统代码固化的串口实现方法

时间:11-25 来源:互联网 点击:

  早期的嵌入式程序采用“编程—烧写—修改—烧写”的开发模式,大量的时间消耗在重复烧写芯片上,增加了开发成本和研发周期。之后发展到仿真器阶段,虽然简化了开发模式,但是由于仿真器与ARM芯片的兼容性等因素,经常会发生程序在仿真器上能正确运行,但是固化之后运行却出现问题的情况。

  程序的固化是软件开发过程中重要的一环,一般可通过JATG口、网口及串口等进行烧写。相比之下,串口实现更为便捷,更值得推广。笔者在开发1C1T小灵通中继站的过程中,通过编制烧写程序,利用串口将编译后的目标代码发送给ARM处理器;由ARM处理器内部的监控程序将目标代码写入片外Flash,实现程序的在线烧写。这样不仅简化了电路设计,而且降低了开发成本,缩短了开发时间。

1 烧写原理及过程

  硬件连接如图1所示,ARM开发板一方面通过串口与PC机连接,另一方面通过20针IDC宽带线与仿真器相连,再由仿真器通过25针并口插座与PC机的LPT口相连。开发板通电后即可进行烧写工作。

  如图2所示,代码固化分2个步骤进行。第1步,如虚线一所示,监控程序的映像通过仿真器下载到ARM的内部RAM中运行,用户可以在主机端用超级终端或者其他串口调试工具与开发板通信。第2步,将应用程序的可执行代码通过串口发送,如虚线二所示,此时内部RAM里的监控程序就会接收并把它烧写到Flash中。


图1 ARM开发板与PC机的连接


图2 代码烧写原理

2 监控程序的设计

2.1 启动代码设计

  实现串口烧写的监控程序包括ARM启动代码、串口通信代码和Flash烧写代码3部分。ARM启动代码是整个程序运行的入口点,完成ARM系统正常运行所必需的简单初始化,然后把系统控制权交给操作系统或者高级语言编写的监控程序。由于启动代码直接对SoC内核和硬件控制器进行编程,因此必须采用汇编语言。

  启动代码包括异常向量表的定义、各种模式的堆栈初始化、系统硬件初始化、程序运行环境初始化,最后跳转到用户C语言主程序。当系统上电或复位后首先会从逻辑地址0x0处执行。

  ARM处理器有7种运行模式,如表1所列。每一种模式都有独立的堆栈指针寄存器(SP),因此对使用的模式都要给堆栈指针寄存器SP定义堆栈地址。改变状态寄存器(CPSR)内的状态位,使处理器切换到不同模式,然后给SP赋值就可以实现堆栈的初始化。当然,堆栈的大小视需要而定。

表1 ARM处理器的7种运行模式

  堆栈初始化程序如下:

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

  系统硬件初始化包括设置外部存储器的类型、数据位宽度等,完成之后即可通过“B Main”语句跳转到C语言主程序。与LDR指令相比,虽然跳转范围小,但是32 MB的地址空间跳转足以满足程序需要,而且运行得更快。

2.2 烧写主程序设计

  Main函数功能主要包括接收串口数据、解析映像文件及写入外部Flash,如图3所示。串口函数主要由init_sio()、init_val()和send_data()组成。函数init_sio()用于对串口通信参数的设置:波特率,57 600 b/s;奇偶校验,无;数据位,8位;停止位,1位。init_val()是对接收到的数据进行转存,为了提高接收速率,把接收到的数据先暂存到外部SRAM中。如果程序量较小也可以选择暂存到芯片内部的RAM(64 KB)中,等接收完毕后再对其进行解析。send_data()用于向串口回送烧写工作的信息。


图3 Main函数流程

  下一步就是要对映像文件进行解析并正确地写入外部Flash中。嵌入式程序通过编译器生成的映像文件是elf格式的axf文件,里面有文件头、段信息等信息,不能直接烧录,一般将它转化为bin或者hex文件。这里将嵌入式程序编译成SRecord十六进制文件。这是一种Motorola公司推出的标准文件格式,用来将数据从PC机传送到目标平台Flash,在嵌入式开发中广为应用。SRecord文件格式如下:

  其中,SID表示当前记录的类型,常见的有S0、S1、S5和S9等,各个类型代表的意义不同,如S9所在语句表示文件的结束;数据长度代表本句后面数据的长度;地址的字节数会因不同的S记录而异,一般为2字节,表示的是后面的数据在存储器中的地址。

  一个S记录的长度不会超过78字节,所以每次读数据的长度设为78字节,通过判断文件类型(如S3为0x5333)的标志位来确定一个S记录的开始。解析过程就是根据SID确定数据长度,截取数据部分,传递要写入Flash中的地址。

  最后一步就是如何将数据写入Flash。不同类型Flash存储器的编程与擦除指令也不太一样。本系统使用的是Hyundai公司生产的HY29LV160。

向Flash存储器的特

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