Bootloader下实现Flash的读写.doc

物理与电子工程学院设计实验报告 嵌入式系统与应用设计性实验报告 题 目 Bootloader下实现Flash的读写 系 别 年 级 专 业 班 级 学 号 学生姓名 指导教师 实验时间 2010.6 目 录课题要求21.本课题的目的22.运行环境2正文3一.课题分析31.1ADS1.2 开发环境31.2超级终端41.3Bootloader的烧写过程5二系统设计62.1程序流程图62.2代码分析72.3硬件连接图102.4实验结果11三.技术实现问题12四. 总结与体会12参考文献13设计性实验报告成绩： 指导教师签名：14课题要求1.本课题的目的嵌入式系统是当前研究的热门课题。而Bootloader是嵌入式系统软件开发的第一个环节,主要用于完成由硬件启动到操作系统启动的过渡,从而为操作系统提供基本的运行环境。Bootloader从字面上讲就是启动装载程序，这一程序在系统的启动过程中扮演了非常重要的角色。由于Bootloader作为内核的引导者，并不承担业务软件的功能，所以它并没有引起足够的重视。但它是系统启动时运行的第一段代码，用于引导操作系统内核。如果由于误操作或者程序异常导致Bootloader被改写，那么第一个运行的程序就遭破坏，后续程序就不可能也没有办法运行了，这时就必须使用加载工具重新烧写Bootloader，而这在产品应用现场是不可能完成的。因此，Bootloader在嵌入式系统设计中举足轻重。Bootloader通常被存放在Flash存储器中。Flash存储器是一种可在线多次擦除的非易失性存储器，即掉电后数据不会丢失。它主要分为两种：一种为NOR型Flash,另一种为NAND型Flash。NAND型Flash以块为单位存取数据，使用控制信号选择极高的单元密度，并且写人和擦除的速度也很快，是高数据存储密度的最佳选择。而NOR型Flash的特点是支持程序在芯片内部运行，这样应用程序可以直接在Flash上运行，不必再把代码读到系统RAM中。基于上述特点Bootloader通常是存储在NOR Flash中，我们本次实验就是研究Bootloader下实现NOR Flash的读写。2.运行环境硬件：ARM嵌入式开发平台、ARM7TDMI 的JTAG 仿真器、PC机Pentium100 以上。软件：PC 机操作系统win98、Win2000 或WinXP 、ARM SDT 2.51 或ADS1.2 集成开发环境、仿真器驱动程序、超级终端通讯程序 正文一.课题分析本次实验的设计要求是在Bootloader启动后，提供一个可以读写Flash的程序，可以提供用户保存一些数据，如系统的IP地址等。在进行编写Flash的操作前，我们还必须知道：如何使用ADS 编译、下载、调试；超级终端的使用；怎么通过ARM7TDMI 的JTAG 仿真器将Bootloader程序烧写到实验箱中； Bootloader的作用等等。这些都必须事先做好准备，这样才有可能将本次实验做好。而具体要对NOR Flash进行的操作包括“读”、“写”和“擦除”。对于“读”操作，可以直接从相应地址读出数据，但对于“写”和“擦除”操作，应遵循NOR Flash的操作步骤，通常应根据地址定义的类型，向特定的地址处写入特定的命令字，然后再读出数据，以验证操作是否成功。下面我将具体介绍ADS1.2 开发环境、超级终端和Bootloader的烧写过程。1.1 ADS1.2 开发环境我们要学会使用ADS1.2来进行编译、下载、调试，在此我简要介绍下。首先得建立一个新的工程，选择File New菜单，将它放到所要保存的路径下。然后选择Release版本，它是用于下载的，而Debug是用来调试的，可以不用设置。使用Edit | Debug Settings 菜单对Release 版本进行参数设置。在Debug Settings 对话框中做如下设置：选择Target Settings 项，在Post-linker 一栏中选择ARM fromELF；选择ARM Linker 项的Output 选项卡，由于BootLoader 映象文件最终运行的地址空间是0Bank，所以该工程的连接地址不同于其他运行于SDRAM 的工程，具体设置如下图1所示；选择ARM C Compiler 项，在ATPCS 选项卡中选择ARM/Thump interwork；选择ARM Linker 项，在Layout 选项卡的Place at beginning of image 框中设置程序的入口模块，具体操作如下图2所示；在Output file name 框中设置输出文件名为system.bin， 这就是要下载到开发板的嵌入式应用程序文件。如果需要调试的话， Debug版本参数设置和Release版本的一样。图 1 设置连接地址范围图 2 设置入口模块1.2 超级终端运行Windows 系统下的超级终端（HyperTerminal ）应用程序，新建一个通信终端，取名为arm 。选择终端的连接的串口，设置通信的格式和协议，波特率为115200 ，无数据流控制。完成超级终端设置以后，可以保存为一个特定终端到桌面上，以备后用，然后在终端上就可以看到程序输出的信息了，如图3所示为本次实验的提示信息。图 3 提示信息1.3 Bootloader的烧写过程嵌入式系统的BootLoader,类似于PC上的BIOS,往往固化在系统0x0地址处的Flash之中,在系统加电复位后,操作系统内核执行之前,处理器将首先执行BootLoader中的启动代码。通过这段程序,初始化软硬件运行环境,如CPU异常向量表、各模式下的堆栈、内存控制器、看门狗等硬件设备;同时初始化应用程序,如C语言变量初始化,从而将系统软硬件设置到合适状态,最后引导操作系统内核并跳转到操作系统内核的起始代码部分执行。Bootloader功能包括上电后对系统进行自检，主要包括SDRAM，CACHE，FLASH 等硬件；提供Shell Menu 检测设置菜单和相应的检测程序；引导操作系统及应用程序。下面简要介绍下Bootloader的烧写过程，首先先打开UarmJtag，如图4所示，完成初始化配置，打开要烧写的目标代码，点击“Flash编程”，在弹出的对话框中如图5，写上地址，选择Flash的型号。然后把实验箱电源打开，点击“整片擦除”，完成后，重新复位，再点击“编程”，这样就完成了整个Bootloader程序的下载烧写。图 4 Jtag菜单栏图 5 初始化配置二系统设计2.1 程序流程图 图6 “写”操作流程 图7 “块擦除”操作流程2.2 代码分析首先我将介绍的是如何在Bootloader中增加菜单项。u 在Bootloader中增加三个菜单项。每个菜单项都对应一个类型为Bios_function 的结构体变量，其中包括该菜单项的功能函数指针，快捷键，菜单中的提示信息等内容。所有这些结构体变量都在一个数组中，以方便检索。在显示菜单后程序等待按键并根据键值查找对应的功能函数。 增加菜单项的基本格式为：typedef struct Bios_func_t func; char *pShellMenu; /shell 模式下显示的菜单字符串char MenuAcc; /shell 模式下菜单快捷键char *pCommand; /命令行模式下的命令char *pHelp; /命令行模式下的帮助Bios_function;我自己按照格式编写的代码如下：Bios_function Flashwrite_func= /写FlashFlashwrite, write the flash, /显示的菜单为“write the flash”w, /菜单快捷键为“w”writeflash, /命令行模式下的命令为“writeflash”NULL /没有帮助;Bios_function Flashread_func= /读FlashFlashread, read the flash, /显示的菜单为“read the flash”r, /菜单快捷键为“r”readflash, /命令行模式下的命令为“readflash”NULL /没有帮助;Bios_function SectorErase_func= /Flash块擦除SectorErase,erase the flash, /显示的菜单为“erase the flash”s, /菜单快捷键为“s”eraseflash, /命令行模式下的命令为“eraseflash”NULL /没有帮助;具体在超级终端上显示出来的效果为图8所示，可以清楚的看到Bootloader的菜单项增加了三个菜单项：图 8 菜单项下面我对Flash的操作进行具体说明，在进行Flash的各种操作前，应首先确定Flash地址类型为“字（16位）”还是“字节（8位）”，而本次实验是FLASH Am29LV160D的“字”地址类型。u FLASH“读”操作对于“读”操作，我们可以直接从相应地址读出数据，具体代码如下：void readFlash(unsigned int *dataaddr1) datadata=*dataaddr1; /直接从dataaddr1地址中读u FLASH“写”操作对于“写”和“擦除”操作，应遵循NOR Flash的操作步骤，通常应根据地址定义的类型，向特定的地址处写入特定的命令字，如果需要，再读出数据，验证操作是否成功。Flash“写”操作共需要4个周期的总线写操作，具体实现代码如下： void FlashProg(U32 ProgStart, U16 *DataPtr, U32 WordCnt)U16 i, j;ProgStart += ROM_BASE; /定义起始地址for( ; WordCnt; ProgStart+=2, DataPtr+, WordCnt-)j = *DataPtr;CMD_ADDR0 = 0xaaaa; /将0xaaaa写到FLASH地址0x5555CMD_ADDR1 = 0x5555; /将0x5555写到FLASH地址0x2aaaCMD_ADDR0 = 0xa0a0; /将0xa0a0写到FLASH地址0x5555*(volatile U16 *)ProgStart = j; /将数据写到对应的编程地址上去while(1) /判断是否写成功i = *(volatile U16 *)ProgStart&0x40;if(i!=*(volatile U16 *)ProgStart&0x40)/D6 = D6continue; /继续if(*(volatile U16 *)ProgStart&0x80)=(j&0x80)break; /D7 = D7，退出u FLASH“擦除”操作在对Flash读写操作之前，要先对Flash进行擦除操作。Flash有3种擦除方式：段擦除、块擦除和芯片擦除。不同的擦除方式有不同的擦除命令，本次实验所使用的是块擦除，它的操作需要6个周期的总线写操作，将6条命令写入对应地址，就可实现块擦除。具体的代码如下：void SectorErase(void) U32 sector;if(state&1)if(state&2)SWPIDExit();elseCFIQueryExit();sector = 0x10000; /块擦除地址为0x10000CMD_ADDR0 = 0xaaaa; /将0xaaaa写到FLASH地址0x5555CMD_ADDR1 = 0x5555; /将0x5555写到FLASH地址0x2aaaCMD_ADDR0 = 0x8080; /将0x8080写到FLASH地址0x5555CMD_ADDR0 = 0xaaaa; /将0xaaaa写到FLASH地址0x5555CMD_ADDR1 = 0x5555; /将0x5555写到FLASH地址0x2aaa*(volatile U16 *)sector = 0x3030;/将0x3030写到要擦除的SECTOR对应的地址while(1)U16 i; /判断是否擦除成功i = *(volatile U16 *)sector)&0x40;if(i!=*(volatile U16 *)sector)&0x40) /D6 = D6continue; /继续if(*(volatile U16 *)sector)&0x80)break; /D7 = 1，退出printf(Erase sector 0x%xokn, sector-ROM_BASE);以上就是对本次实验主要代码的分析。2.3 硬件连接图本次实验所用的Flash为Am29LV160D，它是由AMD公司推出的1M16bit的CMOS多用途Flash。图 9 Am29LV160D的电路连接图ARM处理器外部扩展的是16-BIT的NOR FLASH，数据线必须要错位连接。图10给了一个ARM处理器和16-BIT NOR FLASH的连接示意图。ARM处理器的数据信号D0-D15和FLASH的数据信号D0-D15是一一对应的。而ARM处理器的地址信号和NOR FLASH的地址信号是错位连接的，ARM的A0悬空。需要错位连接的原因是：ARM处理器的每个地址对应的是一个BYTE的数据单元，而16-BIT的FLASH的每个地址对应的是一个HALF-WORD（16-BIT）的数据单元。为了保持匹配，所以必须错位连接。这样，从ARM处理器发送出来的地址信号的最低位A0对16-BIT FLASH来说就被屏蔽掉了。图 10 ARM处理器和16-BIT FLASH的连接示意图注：有些ARM处理器内部可以设置地址的错位。对于支持软件选择地址错位的处理器，在连接16-BIT FLASH的时候，硬件上可以不需要把地址线错位。如果处理器支持内部设置地址错位，在实际访问的时候，送出的地址实际上是在MCU内部做了错位处理，其作用是等效于硬件连接上的错位的。2.4 实验结果打开ADS，设置参数，设置好之后，把代码放进去编译，有错误修改，没有错误的话，生成system.bin文件，注意是把Release版本的的system.bin通过JTAG烧写到实验箱中，然后打开超级终端看结果。（具体操作过程在课程分析中讲过了，在这里不重复了。）在键盘上依次按键 s、w、r（先擦除，然后写，最后读），当然每次按键过后都要按复位键重新复位，最终超级终端上显示的结果如下：图 11 实验结果三.技术实现问题在本次实验完成过程中，我们碰到了下面几个主要问题。一开始我们不知道从哪下手，经过老师的多次讲解和分析，我们决定按老师说的分为三部分：“读”、“写”、“擦除”，分别来写。我们就想建立一个Flash.c文件，在这里面写相关代码，可写完了编译时发现出错，出错提示是我建立的Flash.c文件与主文件Main.c同名，可检查发现没重名啊，后来我们问老师，老师建议我们重新建个文件，可建了之后，编译时发现又是这个错误，最后实在不知道哪错了，我们只好将Flash.c里的文件都放到Main.c里面，这才没错误。我们将system.bin烧写到实验箱中发现结果没有出来，经过同学的提示才知道我们应该将起始地址定义在0x10000，否则将和Bootloader程序冲突，修改过后实验结果终于出来了。当然在这过程中，还会碰到许多其它的问题，但那些都是小问题，看到提示后就知道错在哪了，比如，变量没定义，符号错误啊等等，都是由于写的时候没注意引起的。四. 总结与体会本次实验重点在于Bootloader和Flash的研究，我们毕竟是刚接触这方面的知识，所以不会是很正常的，首先我通过去图书馆或上网查资料知道它们起的作用、如何操作等，现在科技发达，完全可以找到相