倪慶生，倪云龍，潘曉陽，袁盛俊

（中科芯集成電路有限公司，江蘇無錫214072）

1 引言

TMS320F28335是TI（Texas Instruments）公司一款性能優(yōu)越的C2000系列數(shù)字信號處理芯片，可實(shí)現(xiàn)快速數(shù)字信號處理，并通過本身多種外設(shè)接口實(shí)現(xiàn)外設(shè)的快速控制。隨著嵌入式系統(tǒng)集成化程度越來越高，TMS320F28335一旦形成產(chǎn)品應(yīng)用于現(xiàn)場，將使仿真器升級程序變得費(fèi)時費(fèi)力。

目前通過串口升級的方法比較成熟，但只能實(shí)現(xiàn)一對一升級，無法進(jìn)行組網(wǎng)。現(xiàn)場設(shè)備越多則需要的線纜越多，將導(dǎo)致布線越困難[1]。而已有通過CAN（Controller Area Network）升級的方法介紹也是多用于一對一升級，沒有進(jìn)行CAN組網(wǎng)驗(yàn)證[2-3]。在實(shí)際現(xiàn)場往往存在多個設(shè)備通過CAN總線進(jìn)行組網(wǎng)的現(xiàn)象，所以需要同時考慮CAN網(wǎng)絡(luò)[4]實(shí)際的通信情況對在線升級的影響。因此，基于CAN總線的多主通信方式以及非破壞性仲裁機(jī)制[5]，本文設(shè)計(jì)了基于CAN總線的TMS320F28335遠(yuǎn)程在線升級方法。

2 遠(yuǎn)程在線升級基本原理

2.1 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)

上位機(jī)程序的功能主要包括：

配置遠(yuǎn)程在線升級使用的CAN盒，使波特率、幀類型與下位機(jī)程序設(shè)置相對應(yīng)，并增加濾波設(shè)置，在硬件上過濾掉CAN網(wǎng)絡(luò)中的非升級數(shù)據(jù)。

對CCS（Code Composer Studio）編譯應(yīng)用程序生成的.hex文件信息進(jìn)行提取，主要獲取應(yīng)用程序的升級地址和需要升級的數(shù)據(jù)。由于TMS320F28335片內(nèi)RAM資源有限，因此將需要升級的應(yīng)用程序進(jìn)行分組，每組包括16 Byte的信息和240 Byte的數(shù)據(jù)，然后通過CAN總線傳輸[6]。每組數(shù)據(jù)傳輸完成后，需要等待底層程序響應(yīng)并給予應(yīng)答，上位機(jī)程序確認(rèn)無誤后再進(jìn)行下一組數(shù)據(jù)的傳輸。

另外上位機(jī)程序還集成了修改目標(biāo)板的設(shè)備ID（Identifier）號功能，用于區(qū)分CAN網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)、修改CAN波特率和CAN幀類型功能以適用不同的CAN網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。上位機(jī)程序的軟件流程如圖1所示。

圖1 上位機(jī)軟件流程

上位機(jī)界面如圖2所示。

圖2 上位機(jī)界面

2.2 下位機(jī)程序設(shè)計(jì)

下位機(jī)程序主要包括應(yīng)用程序和底層程序。

應(yīng)用程序是需遠(yuǎn)程在線升級的程序，最終通過CCS編譯生成目標(biāo).hex文件；可與上位機(jī)程序進(jìn)行必要的通訊，循環(huán)查詢是否收到上位機(jī)升級指令，若收到則復(fù)位跳轉(zhuǎn)至底層程序，無需目標(biāo)板重新上電。其余功能根據(jù)用戶需求而定。

底層程序的主要功能包括對TMS320F28335進(jìn)行必要的初始化。通過查看片內(nèi)Flash是否有應(yīng)用程序和規(guī)定時間內(nèi)是否收到上位機(jī)升級指令來決定是否能升級標(biāo)記，然后再根據(jù)升級標(biāo)記來決定底層程序是否跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用程序。若升級程序則調(diào)用擦除函數(shù)擦除片內(nèi)Flash，然后接收上位機(jī)發(fā)送的應(yīng)用程序，每組數(shù)據(jù)接收完成后做校驗(yàn)并判斷數(shù)據(jù)的正確性，并根據(jù)升級地址將數(shù)據(jù)燒寫到指定片內(nèi)Flash區(qū)域，最后給予上位機(jī)應(yīng)答。待應(yīng)用程序升級成功后，升級標(biāo)記不再使能，并可自動跳轉(zhuǎn)至應(yīng)用程序[7-8]。若不升級程序則直接跳轉(zhuǎn)至應(yīng)用程序。下位機(jī)程序的整體軟件流程如圖3所示。

圖3 下位機(jī)程序整體軟件流程

試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在底層程序擦除TMS320F28335片內(nèi)Flash時，掉電可導(dǎo)致底層程序概率性失效。查看TI官方文檔[9]，文中多次提到在擦除函數(shù)擦除Flash的過程中，不可將其打斷。一旦底層程序失效，將無法再進(jìn)行在線升級。為避免該問題，故將底層程序燒寫到SPI（Serial Peripheral Interface）[10]接口外掛的EEPROM內(nèi)，并 配 置 硬 件 相 關(guān)GPIO（General-Purpose Input/Output）引腳將其做成SPI BOOT模式。應(yīng)用程序?qū)υ撈珽EPROM沒有寫權(quán)限，防止應(yīng)用程序意外修改EEPROM內(nèi)存儲的底層程序。

3 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)原理搭建了試驗(yàn)環(huán)境，選擇CAN網(wǎng)絡(luò)直線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（見圖4）。

圖4 試驗(yàn)環(huán)境示意圖

CAN盒：型號為周立功的USBCAN-II，負(fù)責(zé)記錄CAN網(wǎng)絡(luò)中的通信數(shù)據(jù)，并通過上位機(jī)顯示網(wǎng)絡(luò)負(fù)載率。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)其記錄負(fù)載率平均值的最大值在90%～91%之間。不同CAN盒上位機(jī)負(fù)載率計(jì)算可能存在差異。本文以該CAN盒負(fù)載率計(jì)算值為基準(zhǔn)。

干擾節(jié)點(diǎn)：通過控制干擾節(jié)點(diǎn)個數(shù)，以及干擾節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送頻率，可控制網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載率。

本文測試環(huán)境中的CAN總線長分別約為70 m和40 m。由于總線長對波特率的限制，故本文只在波特率為500 kb/s、250 kb/s環(huán)境下進(jìn)行測試。CAN標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀為44～108 bit，最高可以插入23個填充位[11]。因此本文設(shè)置干擾節(jié)點(diǎn)發(fā)送的每幀數(shù)據(jù)幀約為121 bit，加上數(shù)據(jù)幀之間的幀間隔最少為3 bit。因此在波特率為250 kb/s時，其網(wǎng)絡(luò)每秒理論上最多可傳輸約2065 frame。同理波特率為500 kb/s時，其網(wǎng)絡(luò)每秒理論上最多可傳輸約4129 frame。波特率為250 kb/s、CAN網(wǎng)絡(luò)滿載時情況如圖5所示。

圖5 CAN網(wǎng)絡(luò)滿載圖

分別控制節(jié)點(diǎn)數(shù)、總線長、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載率和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級4個影響因素，波特率為250 kb/s和500 kb/s時的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別如表1和2所示。

表1 波特率250 kb/s試驗(yàn)數(shù)據(jù)

當(dāng)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級最低時，干擾節(jié)點(diǎn)每秒發(fā)送的理論幀數(shù)大于該波特率下每秒所能發(fā)送的最大幀數(shù)時，在線升級失敗，原因在于優(yōu)先級低的節(jié)點(diǎn)會無法搶占總線發(fā)送數(shù)據(jù)。而此時減少干擾節(jié)點(diǎn)數(shù)，在線升級會概率性成功，原因在于干擾節(jié)點(diǎn)越少，網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)空閑的幾率越大，因此會提高在線升級概率。

當(dāng)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級最高時，即使網(wǎng)絡(luò)滿載甚至超載，在線升級依然成功。

4 結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)場復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境，同時針對CAN網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際通訊情況，本文的設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)了CAN網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點(diǎn)的在線升級，在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級最低時，測得在線升級的極限條件。而當(dāng)CAN網(wǎng)絡(luò)滿載時，可通過修改目標(biāo)節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級后完成在線升級。本文分別在波特率為250 kb/s、500 kb/s的情況下進(jìn)行驗(yàn)證，并通過大量試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的穩(wěn)定與可靠性，可有效減少現(xiàn)場工作人員的工作量。該方法同樣對其他嵌入式處理器芯片實(shí)現(xiàn)在線升級有借鑒意義。經(jīng)實(shí)測在總線長為70 m、CAN網(wǎng)絡(luò)空載時，波特率為250 kb/s，升級99 kB的.hex程序用時70 s左右。

表2 波特率500 kb/s試驗(yàn)數(shù)據(jù)