陳洪鋼　黃華偉

摘要：文章針對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)采用RS232作為數(shù)據(jù)傳輸手段而造成的速度過(guò)慢的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口，使用一種特殊的UDP包對(duì)BF531片外Flash在線系統(tǒng)編程的方案，并給出了在系統(tǒng)編程的具體步驟和實(shí)現(xiàn)結(jié)果。實(shí)踐證明該方法無(wú)須實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧，速度快，體積很小，很好地解決了以DSP為核心的應(yīng)用系統(tǒng)軟件的維護(hù)和升級(jí)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：BF531；Flash；網(wǎng)絡(luò)接口；ISP；UDP

中圖分類(lèi)號(hào)：TP368文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2009）07-0129-02

在以DSP為核心的現(xiàn)代電子設(shè)備中，通常將可執(zhí)行代碼存放在Flash中，設(shè)備啟動(dòng)的時(shí)候，DSP通過(guò)引導(dǎo)加載機(jī)制將Flash中的代碼轉(zhuǎn)移到高速存儲(chǔ)器中運(yùn)行。Flash在系統(tǒng)編程（ISP）是指以在不改變硬件環(huán)境的條件下，在線將程序代碼（固件）下載到Flash中，從而方便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟件的調(diào)試和升級(jí)。BF531是ADI公司生產(chǎn)的一款高性能DSP。ADI公司在其軟件VDSP下提供了通用的在系統(tǒng)編程工具“Flash Programmer”，但是該工具需要使用JTAG接口，并且需要專(zhuān)用仿真器。另外一種方法是采用RS232作為通信接口，通過(guò)一段引導(dǎo)程序來(lái)進(jìn)行Flash的在系統(tǒng)編程，缺點(diǎn)是速度很慢。由于目前大多數(shù)電子儀器都已經(jīng)具有網(wǎng)絡(luò)接口，本文設(shè)計(jì)了一種通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行Flash在系統(tǒng)編程的方案。采用的網(wǎng)絡(luò)接口芯片為常見(jiàn)的DM9000a，由于網(wǎng)絡(luò)通信中常見(jiàn)的TCP/IP協(xié)議棧過(guò)于龐大，本文中未使用協(xié)議棧，而是設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方法：直接構(gòu)建含特殊標(biāo)記頭的UDP廣播包來(lái)代替。

一、BF531的Flash啟動(dòng)加載過(guò)程

LDR文件是最終燒寫(xiě)到FLASH上面的程序文件，可以有多種格式。這里，我們生成的LDR文件是二進(jìn)制格式，LDR文件分為多個(gè)塊，每個(gè)塊都分為一個(gè)“BLOCK”和一個(gè)10字節(jié)的“HEAD”。在“HEAD”中，頭四個(gè)字節(jié)表示塊應(yīng)加載在BF531地址空間的地址，后四個(gè)字節(jié)表示“BLOCK”的大小，最后兩個(gè)字節(jié)表示塊的屬性。

BF531芯片本身已經(jīng)提供了4種啟動(dòng)代碼加載方式，通過(guò)啟動(dòng)模式引腳BMODE來(lái)選擇，本設(shè)計(jì)中將該引腳設(shè)置為最常見(jiàn)的“01”模式，即“從8/16位的FLASH/PROM啟動(dòng)”模式。

BF531內(nèi)部有一個(gè)BOOTROM區(qū)，用以存放“引導(dǎo)核”， BF531啟動(dòng)的時(shí)候會(huì)先運(yùn)行該引導(dǎo)核，自動(dòng)將從Flash起始地址0x2000000開(kāi)始的LDR文件分塊按照用戶(hù)的要求分別加載到片內(nèi)RAM和SDRAM中。加載完畢后，引導(dǎo)核會(huì)修改

程序指針PC，使之為片內(nèi)RAM的啟動(dòng)地址0xFFA08000，啟動(dòng)用戶(hù)自己的應(yīng)用程序。

二、總體設(shè)計(jì)

需要設(shè)計(jì)一個(gè)Bootloader程序和一個(gè)與之配合的上位機(jī)程序，并將Bootloader燒在地址0x20000000處。DSP啟動(dòng)后，“引導(dǎo)核”會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)該程序，Bootloader程序延時(shí)判斷上位機(jī)是否發(fā)出了連接命令。如果有，進(jìn)入更新固件模式，可以進(jìn)行Flash的燒寫(xiě)；否則，則進(jìn)入正常啟動(dòng)模式，用以加載并執(zhí)行用戶(hù)程序。

（一）Bootloader與用戶(hù)程序

根據(jù)上面所述，啟動(dòng)的順序是：“引導(dǎo)核”自動(dòng)啟動(dòng)Bootloader，運(yùn)行完成后再加載運(yùn)行用戶(hù)程序。所以Bootloader程序應(yīng)該獨(dú)立于用戶(hù)程序，因?yàn)锽ootloader一般不需要更新，而且，在系統(tǒng)編程出現(xiàn)意外的時(shí)候，不會(huì)導(dǎo)致Bootloader被破壞。由于Bootloader需要在啟動(dòng)的時(shí)候就運(yùn)行，所以應(yīng)該事先通過(guò)JTAG使用仿真器將其燒寫(xiě)到地址0x20000000處。而對(duì)于常用的Nor Flash，編程的時(shí)候會(huì)先把相應(yīng)的整個(gè)扇區(qū)擦除，所以為了方便編程，應(yīng)該使用戶(hù)程序的LDR文件的起始燒寫(xiě)地址固定，并且為一個(gè)扇區(qū)的起始地址，本設(shè)計(jì)中固定為0x20004000。

（二）網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議設(shè)計(jì)

嵌入式儀器一般資源都比較少，所以Bootloader體積應(yīng)該設(shè)計(jì)的盡量的小。最常用的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議為T(mén)CP/IP協(xié)議棧，雖然功能強(qiáng)大，但是體積過(guò)于龐大?？紤]Bootloader只需要網(wǎng)絡(luò)接口完成最簡(jiǎn)單的通訊功能，而且通信量很小，本文設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單的方法：直接構(gòu)建含特殊標(biāo)記頭的UDP廣播包。

詳細(xì)的實(shí)現(xiàn)方法：上位機(jī)端發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，在普通的UDP包的“payload”區(qū)加上一個(gè)自定義字符串的“標(biāo)記頭”，并定義為廣播包，發(fā)送。Bootloader端接受時(shí)采用“雜散模式”接受，直接分析網(wǎng)絡(luò)芯片DM9000A接受到的數(shù)據(jù)，如果發(fā)現(xiàn)是UDP包并且具有自定義字符串的“標(biāo)記頭”，則接受，否則，拋棄。相反，Bootloader端發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，按照UDP包標(biāo)準(zhǔn)格式直接手動(dòng)填充一個(gè)完整的UDP廣播包，并加上“標(biāo)記頭”，上位機(jī)接受的時(shí)候，按正常接收方式，即可根據(jù)“標(biāo)記頭”判斷是否是Bootloader傳出來(lái)的包。

三、Bootloader設(shè)計(jì)

如圖1所示，Bootloader功能上可以分為4個(gè)模塊，主控制模塊，數(shù)據(jù)通信訊模塊，F(xiàn)lash操作模塊，用戶(hù)程序加載啟動(dòng)模塊。Bootloader運(yùn)行的時(shí)候，先向上位機(jī)發(fā)出握手請(qǐng)求，等待1秒，如果有握手回應(yīng)信號(hào)則證明有上位機(jī)相連，Bootloader進(jìn)入命令等待狀態(tài)，如果沒(méi)有，則直接進(jìn)入用戶(hù)程序加載啟動(dòng)模塊。當(dāng)一個(gè)完整的上位機(jī)命令被接收到后，Bootloader解析命令，并執(zhí)行相應(yīng)的功能。執(zhí)行完相應(yīng)的功能后會(huì)再發(fā)出握手請(qǐng)求（除非命令為退出命令），等待上位機(jī)握手，周而復(fù)始。

（一）主控制模塊

實(shí)現(xiàn)功能：實(shí)現(xiàn)Bootloader與上位機(jī)的握手，解析并執(zhí)行上位機(jī)發(fā)出的命令，并總體控制各個(gè)模塊。

（二）數(shù)據(jù)通信模塊

實(shí)現(xiàn)功能：控制網(wǎng)絡(luò)控制芯片DM9000A進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入和輸出。主要需要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收功能，數(shù)據(jù)發(fā)送功能，DM9000A芯片的初始化和復(fù)位功能。

本設(shè)計(jì)中采用了上文中已經(jīng)敘述的特殊的網(wǎng)絡(luò)通信方式。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)時(shí)，先定義一個(gè)UDP的標(biāo)準(zhǔn)廣播包的模版，在UDP包的“payload”區(qū)開(kāi)始的地方添加好自定義的“標(biāo)記頭”，發(fā)送的時(shí)候直接在該模版的“payload”區(qū)后上加入準(zhǔn)備傳送的數(shù)據(jù)，通知DM9000A發(fā)送即可，為了避免計(jì)算校驗(yàn)位造成速度減慢，本設(shè)計(jì)中將UDP頭的校驗(yàn)位設(shè)置為0，即不校驗(yàn)。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)接收函數(shù)時(shí)，只需要先讀取“payload”的頭幾個(gè)字節(jié)，判斷是否為定義的“標(biāo)記頭”，如果是，則去掉該“標(biāo)記頭”和UDP包的頭，獲得真正需要的數(shù)據(jù)，如果不是，則拋棄。

（三）Flash操作模塊

實(shí)現(xiàn)功能：實(shí)現(xiàn)一些常用的操作Flash功能接口函數(shù)，供主控制模塊使用。主要需要實(shí)現(xiàn)的功能函數(shù)有：Flash寫(xiě)函數(shù)，F(xiàn)lash讀函數(shù)，F(xiàn)lash塊擦除函數(shù)，F(xiàn)lash解鎖函數(shù)，F(xiàn)lash校驗(yàn)函數(shù)。

普通的nor Flash編程前需要將相應(yīng)的扇區(qū)解鎖并擦除，所以如果該扇區(qū)有別的數(shù)據(jù)，會(huì)被一并擦除。為了能自由地編程任意地址的數(shù)據(jù)，本設(shè)計(jì)中特別定義了一個(gè)1個(gè)塊大小的緩沖區(qū)，暫存原Flash塊里面的數(shù)據(jù)，編程的時(shí)候?qū)⒏聰?shù)據(jù)和原數(shù)據(jù)進(jìn)行合并再后在一起編程進(jìn)入Flash，解決了該問(wèn)題。

（四）用戶(hù)程序加載啟動(dòng)模塊

實(shí)現(xiàn)功能：完成類(lèi)似BOOTROM區(qū)“引導(dǎo)核”的工作，即加載起始地址為0x20004000的用戶(hù)程序LDR文件到片內(nèi)RAM或SDRAM，然后清空所有相關(guān)堆棧和寄存器，最后修改PC指針為0xFFA08000，開(kāi)始執(zhí)行用戶(hù)程序，所以該程序應(yīng)該使用匯編編寫(xiě)。ADI在VDSP下提供“引導(dǎo)核”的示例程序，可以參考該程序設(shè)計(jì)本模塊。需要注意的是本模塊絕對(duì)不能被加載的用戶(hù)程序覆蓋掉，所以不能把這段程序放到片內(nèi)RAM，而應(yīng)該把這段程序放在SDRAM的最后，保護(hù)起來(lái)。

四、上位機(jī)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中上位機(jī)在Windows XP操作系統(tǒng)下采用NI公司的Labwindows/CVI 8.0開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，如圖2所示。需要實(shí)現(xiàn)通過(guò)UDP包與Bootloader的通信和程控面板的顯示。由于CVI8.0自身沒(méi)有帶UDP相關(guān)驅(qū)動(dòng)，需要加入Windows的API庫(kù)wsock32.lib進(jìn)行開(kāi)發(fā)。調(diào)用該庫(kù)進(jìn)行SOCKET編程，設(shè)計(jì)好UDP的讀、寫(xiě)、打開(kāi)、關(guān)閉函數(shù)。在設(shè)計(jì)發(fā)送/接收函數(shù)的時(shí)候應(yīng)該加上或去掉定義的“標(biāo)記頭”。

五、實(shí)現(xiàn)結(jié)果

本設(shè)計(jì)已經(jīng)在使用DSP芯片BF531和網(wǎng)絡(luò)控制芯片DM9000A的目標(biāo)板上成功實(shí)現(xiàn)。完整的實(shí)現(xiàn)步驟如下：先將Bootloader生成LDR文件，再將其通過(guò)仿真器燒寫(xiě)到0x20000000，使用交叉雙絞線將目標(biāo)板與電腦相連接，在電腦上打開(kāi)上位機(jī)，給目標(biāo)板上電，此時(shí)上位機(jī)與目標(biāo)板進(jìn)行握手，如果成功，面板會(huì)顯示“已經(jīng)成功連接目標(biāo)板”，選擇需要燒寫(xiě)的用戶(hù)程序的LDR文件和燒寫(xiě)地址，點(diǎn)擊開(kāi)始燒寫(xiě)即可。

六、結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種通過(guò)特殊的UDP廣播包進(jìn)行Flash的在系統(tǒng)編程的方法，并成功實(shí)現(xiàn)。該方法拋棄了TCP/IP協(xié)議棧，因而大大的減小了自身的體積，而且采用網(wǎng)絡(luò)接口，使系統(tǒng)編程的速度得到了極大的提升。很好地解決了目標(biāo)系統(tǒng)的系統(tǒng)程序升級(jí)和調(diào)試的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

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[4]Lvzhiyong．Auto-load and auto-update the DSOs software，2007．

作者簡(jiǎn)介：陳洪鋼（1981－），男，四川南充人，電子科技大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院碩士研究生，研究方向：測(cè)控技術(shù)與儀器；黃華偉（1978－），男，四川成都人，電子科技大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院碩士研究生，研究方向：通用測(cè)試技術(shù)與儀器設(shè)計(jì)。