一种嵌入式系统升级的设计和实现

1、引言

　　随着信息化，智能化，网络化的发展，嵌入式系统技术也将获得广阔的发展空间。嵌入式技术全面展开，目前已成为通信和消费类产品的共同发展方向。在通信领域，数字技术正在全面取代模拟技术。在广播电视领域，美国已开始由模拟电视向数字电视转变，欧洲的DVB（数字电视广播）技术已在全球大多数国家推广。数字音频广播（DAB）也已进入商品化试播阶段。而软件、集成电路和新型元器件在产业发展中的作用日益重要。所有上述产品中，都离不开嵌入式系统技术。象前途无可计量的维纳斯计划生产机顶盒，核心技术就是采用32位以上芯片级的嵌入式技术。在个人领域中，嵌入式产品将主要是个人商用，作为个人移动的数据处理和通讯软件。本文提出了利用LPC2148的SD卡实现嵌入式系统升级的设计方案。

　　2、总体系统升级方案设计

　　厂家生产出产品后，用户购买回去使用，当设备出现了系统漏洞或者用户不满足现有功能而提出更多需求时，就要对系统升级或者维护系统功能。厂家只需将SD卡取回，把更新后的程序放入SD卡中，然后发放给用户，用户只需把SD卡插入终端设备。即可达到系统升级的目的。图1给出厂商与用户之间的交流流程图。图2给出整个系统设计流程图。

按图1所示，厂商与用户交流过程如下：

　　(1)厂商将一个类似Boot loader的程序通过ISP方式，将其下载到Flash中，如图2所示的位置。

　　(2)将升级程序放入SD卡中，随产品一起出厂。

　　(3)用户拿到SD卡后，将其插入SD卡槽，终端设备开始工作。

　　(4)用户使用一段时间后，若出现问题或者需要升级、维护时．只需将SD卡返回厂家即可。

　　(5)厂家将升级后的程序放入返回的SD卡中，再返回给用户．或者厂家直接再发放SD卡给用户，而无需用户返回SD卡。

　　(6)用户拿到SD卡后，将其直接插入终端设备卡后，则可达到升级的目的。

　　出厂前，通过ISP编程方式烧入一个类似于Boot loader的程序。该程序的实现大致分为3个步骤：

　　(1)SPI模式下的SD卡底层驱动；

　　(2)读出SD卡中的系统程序，并放入指定的Flash地址段中：

　　(3)跳转到指定的Flash地址段，执行升级后的系统。

　　在用户插入SD卡前，程序不断判断SD卡是否插入。用户插入SD卡后，程序首先驱动SD卡，使其能正常工作，然后读取SD卡中的升级程序，并将其放入指定的Flash地址段中。最后，跳转到指定段，开始工作。厂家可根据需要，任意安排升级程序放置的位置。

　　3、系统硬件设计

　　核心处理器采用PHILIPS公司的LPC2148。它是一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的32位ARM7微控制器。带有32KB和512 KB嵌入的高速Flash存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构，使32位代码能够在最大时钟速率下运行，并带有SPI总线。选用该处理器主要考虑其内部资源丰富，无需扩展存储器和SPI总线，且性能优异，抗干扰能力强，价格低廉，具有极高的性价比。

该设计只是产品电路中的一部分。其硬件电路如图3所示。LPC2148具有同步、全双工串行接口(SPI)，其最大数据位频率为输入时钟频率的1／8，可以设置为主机或从机工作方式。SD卡是通过SPI总线协议驱动的，数据传输中。主机总是向从机发送一个字节数据，而从机也总是向主机发送一个字节数据。图3中左边为LPC2148，右边为SD卡插槽。SCKl为串行时钟，用于LPC2148与SD卡之间的数据传输时钟信号：MISOl是一个单向信号，用于将数据从SD卡传输至LPC2148；MOSll也是一个单向信号。用于将数据从LPC2148传输至SD卡；SSEL1为选通信号，用于选中SD卡。图3中的引脚3和引脚6分别接地，引脚4接电源，引脚8用于检测SD卡是否插入，并可根据实际要求选定。SD卡与LPC2148之间通过SPI协议和SD文件系统的组织形式．才能协调通讯。

4、系统软件设计

　　系统软件部分首先通过SPI协议对SD卡初始化，然后根据SD卡的FAF32文件系统组织形式读取SD卡中的数据，将读取数据通过IAP方式将其写入Flash中，最后用一个跳转程序跳转到该段，以达到升级的目的。

　　4.1 SD卡的初始化

　　SD卡（Secure Digital Memory Card）中文翻译为安全数码卡，是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，它被广泛地于便携式装置上使用，例如数码相机、个人数码助理（PDA）和多媒体播放器等。SD卡由日本松下、东芝及美国SanDisk公司于1999年8月共同开发研制。大小犹如一张邮票的SD记忆卡，重量只有2克，但却拥有高记忆容量、快速数据传输率、极大的移动灵活性以及很好的安全性。

用户应用程序通常以文件的形式访问SD卡，并以文件的形式存取数据；文件系统层是通过调用SD卡物理层的有关函数来实现的，所以要想以文件系统的形式访问SD卡，则必须先