摘 要：提出一種通過(guò)RS-232總線(xiàn)對(duì)F240系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)編程的方法，解決了早期軟件升級(jí)時(shí)需要將F240仿真器連接至模塊內(nèi)的編程連接器而需要將產(chǎn)品開(kāi)蓋導(dǎo)致的操作不便問(wèn)題。該方法已在某些航空機(jī)載遠(yuǎn)程接口單元上得到應(yīng)用，實(shí)踐結(jié)果表明該方法操作方便，軟件燒寫(xiě)結(jié)果穩(wěn)定可靠，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：在線(xiàn)編程；DSP；FLASH存儲(chǔ)器；SRAM存儲(chǔ)器；軟件升級(jí)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP302.1" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1671-0797（2025）07-0056-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.07.014

0" " 引言

SMJ320F240HFPM為美國(guó)德州儀器（TI）公司生產(chǎn)的一款數(shù)字信號(hào)處理器，其功能強(qiáng)大，靈活性強(qiáng)，具有較快的計(jì)算和響應(yīng)速度，因而廣泛應(yīng)用于軍工產(chǎn)品中。F240片內(nèi)有16 kB的FLASH存儲(chǔ)器，用于用戶(hù)代碼的存放。產(chǎn)品交付用戶(hù)后，有時(shí)因?yàn)橹鳈C(jī)單位需求的變更或需對(duì)自身軟件進(jìn)行完善，要對(duì)軟件進(jìn)行升級(jí)。傳統(tǒng)的軟件升級(jí)方法為將F240仿真器連接在模塊內(nèi)的編程連接器上進(jìn)行程序燒寫(xiě)，因此在外場(chǎng)進(jìn)行軟件升級(jí)時(shí)需將產(chǎn)品從飛機(jī)上拆下，將產(chǎn)品開(kāi)蓋進(jìn)行升級(jí)，操作起來(lái)很不方便，有時(shí)甚至?xí)鹩脩?hù)不滿(mǎn)。并且F240的片內(nèi)FLASH存儲(chǔ)器容量有限，為16 kB，有時(shí)在軟件中增加一些功能后，會(huì)出現(xiàn)FLASH存儲(chǔ)器容量不足的問(wèn)題。

為了解決上述問(wèn)題，本文提出了一種基于F240的在線(xiàn)編程方法，設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)用于程序燒寫(xiě)的boot軟件，將其通過(guò)仿真器固化在F240片內(nèi)的FLASH存儲(chǔ)器中，這部分軟件通常不需要更改，將產(chǎn)品的應(yīng)用軟件固化在F240片外的FLASH存儲(chǔ)器中，這樣，當(dāng)需要對(duì)產(chǎn)品的應(yīng)用軟件進(jìn)行升級(jí)時(shí)，可以不用將產(chǎn)品開(kāi)蓋，通過(guò)在產(chǎn)品上連接RS-232串口電纜即可實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件的在線(xiàn)升級(jí)，便于維護(hù)，并且由于F240片外的FLASH存儲(chǔ)器可以根據(jù)實(shí)際需要選擇容量更大的存儲(chǔ)器，因此可以解決應(yīng)用軟件功能增加后導(dǎo)致F240片內(nèi)FLASH存儲(chǔ)器容量不足的問(wèn)題。

1" " 硬件設(shè)計(jì)

某航空機(jī)載遠(yuǎn)程接口單元為實(shí)現(xiàn)通過(guò)RS-232串口進(jìn)行在線(xiàn)編程，并解決軟件功能增加后出現(xiàn)的F240片內(nèi)FLASH容量不足問(wèn)題，進(jìn)行了設(shè)計(jì)更改。實(shí)現(xiàn)該遠(yuǎn)程接口單元在線(xiàn)編程的硬件系統(tǒng)包括F240、時(shí)鐘、SRAM存儲(chǔ)器、FLASH存儲(chǔ)器、可編程邏輯器件、RS-232信號(hào)收發(fā)器等，其原理框圖如圖1所示。

其中，F(xiàn)240、時(shí)鐘、可編程邏輯器件、RS-232電路可沿用該遠(yuǎn)程接口單元之前的硬件設(shè)計(jì)，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)器是為了實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)編程新增的元器件，SRAM存儲(chǔ)器是為了實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)編程更換的元器件。更換SRAM存儲(chǔ)器是由于在進(jìn)行軟件調(diào)試時(shí)需將軟件加載到SRAM存儲(chǔ)器中，且在生成串口燒寫(xiě)的文件時(shí)，需要將軟件先加載至SRAM存儲(chǔ)器中生成.dat文件，因此軟件的大小除了受到FLASH存儲(chǔ)器容量的限制，也受到SRAM存儲(chǔ)器容量的限制。在某遠(yuǎn)程接口單元中，原來(lái)選用了2片容量為32k×8 B的SRAM，即2片總?cè)萘繛?2k×16 B，更改后將2片SRAM存儲(chǔ)器更換成1片容量更大的SRAM存儲(chǔ)器。

1.1" " 處理器和時(shí)鐘

處理器采用美國(guó)TI公司推出的一款高性能低功耗的16位定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器——SMJ320F240HFPM，該處理器具有高速、低功耗、工作溫度為-55～+125 ℃等特點(diǎn)，產(chǎn)品最高頻率可達(dá)20 MHz，運(yùn)算處理能力為20 MIPS。其主要特征如下：

1）采用高性能靜態(tài)COMS工藝，四種低功耗操作模式可進(jìn)一步節(jié)電。

2）具有544 B片內(nèi)數(shù)據(jù)/程序DARAM，16 kB FLASH EEPROM程序存儲(chǔ)器[1]，共計(jì)224 kB的存儲(chǔ)空間（包括64 kB的程序存儲(chǔ)空間、64 kB的局部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間、64 kB的I/O訪(fǎng)問(wèn)空間及32 kB的局部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間）。采用先進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，它通過(guò)保持兩組分離的存儲(chǔ)器總線(xiàn)結(jié)構(gòu)（程序和數(shù)據(jù)）實(shí)現(xiàn)全速執(zhí)行，使處理能力最大。

3）4級(jí)流水線(xiàn)、8級(jí)硬件堆棧、6個(gè)外部中斷[2]。

4）片上集成事件管理器、ADC、28個(gè)可編程復(fù)用I/O引腳、鎖相環(huán)（PLL）時(shí)鐘發(fā)生器、具有實(shí)時(shí)中斷的看門(mén)狗電路、串行通信接口（SCI）、串行外設(shè)接口（SPI）等功能外設(shè)。

5）處理器的輸入時(shí)鐘由外部晶振提供，通過(guò)F240片內(nèi)鎖相環(huán)時(shí)鐘模塊（PLL）生成CPUCLK，CPUCLK再輸入至可編程邏輯器件中，作為可編程邏輯器件的時(shí)鐘信號(hào)。

F240程序存儲(chǔ)器映射如圖2所示，圖中MP/MC為微處理器/微計(jì)算機(jī)方式的選擇管腳。當(dāng)MP/MC為低電平時(shí)，F(xiàn)240被配置為微計(jì)算機(jī)方式，選用片內(nèi)程序存儲(chǔ)器；當(dāng)MP/MC為高電平時(shí)，F(xiàn)240被配置為微處理器方式，選用片外程序存儲(chǔ)器。

1.2" " SRAM存儲(chǔ)器

SRAM存儲(chǔ)器采用了1片國(guó)微公司的某型SRAM芯片，訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間為20 ns，存儲(chǔ)容量為256 kB。

SRAM芯片的數(shù)據(jù)輸入/輸出I/O0～I(xiàn)/O15管腳通過(guò)總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器連接至F240的并行數(shù)據(jù)總線(xiàn)D0～D15管腳，地址輸入A0～A15管腳通過(guò)總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器連接至F240的并行地址總線(xiàn)A0～A15管腳，部分地址輸入管腳連接至可編程邏輯器件中用于實(shí)現(xiàn)地址譯碼。SRAM的片選信號(hào)CE#、寫(xiě)使能信號(hào)WE#、輸出使能信號(hào)OE#和高低位使能信號(hào)BHE#、BLE#連接至可編程邏輯器件的I/O管腳，由邏輯進(jìn)行控制。

1.3" " FLASH存儲(chǔ)器

FLASH存儲(chǔ)器采用了1片復(fù)旦微電子的某型FLASH芯片，存儲(chǔ)容量為16 MB，位寬為32位，訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間為70 ns，常溫擦寫(xiě)次數(shù)為1萬(wàn)次。

FLASH芯片的數(shù)據(jù)輸入/輸出I/O0～I(xiàn)/O15管腳通過(guò)總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器連接至F240的并行數(shù)據(jù)總線(xiàn)D0～D15管腳，地址輸入A0～A15管腳通過(guò)總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器連接至F240的并行地址總線(xiàn)A0～A15管腳，部分地址輸入管腳連接至可編程邏輯器件中用于實(shí)現(xiàn)地址譯碼。FLASH的片選使能管腳CE1#～CE4#、芯片寫(xiě)使能管腳WE1#～WE4#、公共輸出使能管腳OE#連接至可編程邏輯器件的I/O管腳，由邏輯進(jìn)行控制。

2" " boot軟件設(shè)計(jì)

2.1" " 工作方式選擇

遠(yuǎn)程接口單元系統(tǒng)有兩種運(yùn)行方式：周期監(jiān)控狀態(tài)、調(diào)試維護(hù)狀態(tài)。根據(jù)外部離散量信號(hào)（GSE開(kāi)關(guān)、IP1開(kāi)關(guān)）決定運(yùn)行哪種工作方式。周期監(jiān)控狀態(tài)運(yùn)行方式滿(mǎn)足用戶(hù)全部功能、性能要求；調(diào)試維護(hù)狀態(tài)必須在地面進(jìn)行，主要目的是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程接口單元軟件的在板編程及數(shù)據(jù)下載。遠(yuǎn)程接口單元上電后，首先檢測(cè)GSE開(kāi)關(guān)、IP1開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，并根據(jù)二者狀態(tài)進(jìn)入相應(yīng)的工作方式。

遠(yuǎn)程接口單元工作方式定義如表1所示。

GSE和IP1均為“地/開(kāi)”離散量輸入信號(hào)，“開(kāi)”時(shí)為1，“地”時(shí)為0。

當(dāng)GSE=1時(shí)，則不再檢測(cè)IP1的狀態(tài)，進(jìn)入周期監(jiān)控狀態(tài)，此時(shí)跳轉(zhuǎn)至程序空間地址入口0x4000，執(zhí)行應(yīng)用軟件。

當(dāng)GSE=0時(shí)，繼續(xù)檢測(cè)IP1的狀態(tài)：

1）若IP1=0，進(jìn)入數(shù)據(jù)下載狀態(tài)，該狀態(tài)用于下載記錄在RIU內(nèi)部的數(shù)據(jù)信息，這些數(shù)據(jù)信息可用來(lái)進(jìn)行故障排查。

2）若IP1=1，進(jìn)入在板編程狀態(tài)，該狀態(tài)用于應(yīng)用軟件的在線(xiàn)升級(jí)。

2.2" " 擦除

由于FLASH存儲(chǔ)器的寫(xiě)操作只能將1變?yōu)?，而不能將0變?yōu)?，只有擦除操作可以把0變?yōu)?[3]，因此如果要改變存儲(chǔ)單元的狀態(tài)，必須先將其擦除，將所有位都寫(xiě)為1，然后再進(jìn)行寫(xiě)入操作。擦除操作可以擦除一個(gè)扇區(qū)或整個(gè)芯片，本文介紹的方法采用扇區(qū)擦除。所用FLASH的擦除操作需要通過(guò)執(zhí)行相應(yīng)的命令序列[4]實(shí)現(xiàn)，命令序列定義如表2所示。

2.3" " 編程

從RS-232串口接收數(shù)據(jù)，并進(jìn)行校驗(yàn)和檢查，檢查接收的編程起始地址和編程長(zhǎng)度是否滿(mǎn)足要求，如滿(mǎn)足要求，則將從串口接收的字符以塊的方式寫(xiě)入到FLASH中，并進(jìn)行校驗(yàn)和檢查。器件的編程同樣需要通過(guò)執(zhí)行相應(yīng)的命令序列實(shí)現(xiàn)，命令序列定義如表2所示。

3" " 具體實(shí)現(xiàn)方法

3.1" " 燒寫(xiě)文件的生成方法

使用TI公司的CC2000集成開(kāi)發(fā)環(huán)境編譯生成的.out文件不能直接通過(guò)串口進(jìn)行燒寫(xiě)，需將.out文件轉(zhuǎn)換成可直接通過(guò)串口燒寫(xiě)的.bin文件[5]。燒寫(xiě)文件的生成方法如下：

1）在調(diào)試狀態(tài)下（MP/MC信號(hào)為高電平），給產(chǎn)品加電，打開(kāi)CC2000開(kāi)發(fā)環(huán)境，將程序加載至SRAM中。

2）點(diǎn)擊“File/data/save”，對(duì)話(huà)框的文件名中將出現(xiàn)“.dat”，保存類(lèi)型將出現(xiàn)“Hex（*.dat）”，點(diǎn)“保存”，出現(xiàn)“Storing Memory into...”對(duì)話(huà)框，在Address框中輸入編程起始地址0x4000，在Length框中輸入編程長(zhǎng)度0x7FFF，在Page框中選Program，如圖3所示，點(diǎn)“OK”，當(dāng)進(jìn)度條結(jié)束后，則生成.dat文件，生成.dat文件后可下電。

3）在flashdsp.exe程序中，點(diǎn)擊“UTILITY”，點(diǎn)“打開(kāi)”，選擇要轉(zhuǎn)換的.dat文件，點(diǎn)“確定”，則生成.bin文件。

3.2" " 程序燒寫(xiě)方法

通過(guò)RS-232串口進(jìn)行程序燒寫(xiě)的方法如下：

1）連接燒程序的串口電纜，接入串口，將GSE開(kāi)關(guān)撥到“0”，IP1開(kāi)關(guān)撥到“1”。

2）打開(kāi)串口調(diào)試程序，設(shè)置波特率及校驗(yàn)位。

3）給產(chǎn)品上電，串口會(huì)提示是否進(jìn)行編程（圖4），如確認(rèn)進(jìn)行編程則輸入“y”，并按回車(chē)，接下來(lái)會(huì)自動(dòng)將FLASH中的0x4000～0xBFFF空間進(jìn)行擦除，擦除成功后，關(guān)閉該串口調(diào)試程序。

4）打開(kāi)flashport.exe后，點(diǎn)擊“SETPORT”，在下拉菜單中選擇“PORT PROP”。設(shè)置端口號(hào)及波特率，設(shè)置完成后點(diǎn)擊“OK”回到主界面（圖5）。

5）點(diǎn)擊主界面上的SEND DATA，出現(xiàn)“Form1”窗口，點(diǎn)擊“OPEN”選擇要燒入的.bin文件，在PROG_ADDR框中輸入編程起始地址，點(diǎn)擊“SEND DATA”開(kāi)始燒入程序（圖6）。

6）燒寫(xiě)成功完成后，會(huì)顯示“PROGRAM OK??！”窗口，點(diǎn)擊“確定”（圖7），則程序燒寫(xiě)完畢，給產(chǎn)品下電。

4" " 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了一種在地面狀態(tài)下對(duì)F240系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)編程的方法，該方法已在大量產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)了成功應(yīng)用，表明該方法可靠性高、簡(jiǎn)單實(shí)用、操作便捷，可大大提高這些產(chǎn)品的可維護(hù)性和擴(kuò)展性，為機(jī)載計(jì)算機(jī)F240系統(tǒng)的在線(xiàn)升級(jí)提供了一種有效的解決方案。

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收稿日期：2024-12-24

作者簡(jiǎn)介：艾莉（1982—），女，陜西西安人，高級(jí)工程師，研究方向：機(jī)載計(jì)算機(jī)技術(shù)。