ARM嵌入式系统的ISP设计.

1、YfDD有道工控 ARM 嵌入式系统的 ISP 设计 应用程序的固化是 嵌入式产品开发和生产过程中一个重要环节。基于 ARM 的嵌入式系统常用的程序固化方法是，用仿真器通过 JTAG 口将程序烧录到 Flash 里，在产品的开发阶段，使用仿真器几乎是必然的；然而到了产品的生产阶段， 进行应用程序烧录或升级操作的往往是生产线上的工人，他们不易掌握仿真器的 使用方法，而且在生产阶段也需要把 JTAG 调试口封住以防软件被窥视。笔者在 使用意法半导体的STR730 开发产品的过程中，设计了一种通过串口进行 ISP(ln System Programming在系统编程)的方案。该方案成本低，生产线使用

2、起来也很 方便，而且即使升级过程中发生掉电之类的意外也不会影响下一次升级， 安全而 可靠。 1 硬件连接 ISP 方案的硬件连接如图 1 所示 o RS232 转接板用来将 RS232 电平转换为 TTL 电平，并通过 ISP_EN 引脚给 ARM 开发板提供信号，让其进入 ISP 状态。PC 机 上运行用 VC 语言编写的 ISP. exe,该程序把需要烧录到 F1ash 里的.bin 文件 加密后发送到ARM 开发板，同时把烧录的进度提示显示给用户。图 1 中的阴影 部分具有固定的程序。 2 Flash 烧录原理 2. 1 存储器分配 STR730 是意法半导体生产的基于 ARM7TDMI

3、 的微控制器芯片，内置 16 KB RAM(OxaOOOOOOO 0 xa0003fff)和 256 KB Flash(0 x80000000- Ox8003ffff)。内置 256 KB Flash 的分配情况如图 2 所示。按照图 2 中存储器的分配编写 Scatter 文件, 在生成可执行文件时链接器会根据 Scatter 文件的内容把相关代码段定位到特定 的地址上。该例中，程序从 Flash 启动，且没有使用存储器重映射，因此中断向 量必须定图】ISP硬件连接框图 位到 Flash 的起始位置。 OT1D有道工控 扇区 O 的内容需要事先通过 JTAG 口烧入，此后就可以利用扇区 O

4、中的 烧录程序 Programmer, o 通过串口进行 ISP。在整个 ISP 过程中扇区 0 的内容是 保持不变的，这样就可以防止 ISP 过程中出现掉电之类的意外，导致初始化代码 Startup 或烧录程序 Programmer 受到损坏而无法再一次进行 ISP。 无论对嵌入式产品添加新功能还是修改原有的软件 BUG，涉及的都只是用户 应用程序的改动，初始化代码 Startup, s 是无需改动的，所以扇区 O 的内容在 ISP 过程中可否保持不变，关键是能否使首次编译生成的 Vector, 0 始终与以后多次 编译的 App, o 相匹配。 需要特别指出的是，当用户应用程序发生改变时，

5、实际的中断服务函数 （一般 是 C 语言函数）很可能发生了改变，或者是实际的中断服务函数的入口地址发生 了改变，怎么通过固定不变的中断向量 Vector, o 找到变化的中断服务函数的入 口呢？只要这个问题解决了，就可以使首次编译生成的 Vector, o 始终和以后多 次编译的 App, o 相匹配，这是该方案可行性的关键所在。为解决这个问题，笔 者在Flash 的固定位置（0 x800020000 x800020ff）做了一个中断映射表，实际上里 面存放的是一条条跳转指令。由于中断映射表 INTMap ,s 和用户应用程序 App,c 是一同编译、链接的，里面的跳转指令当然可以准确找到实际

6、的中断服务程序入 口；而位于扇区 O 的中断向量 Vector, s 虽然不和用户应用程序一起编译，但中 断向量里的跳转指令是绝对跳转到固定的中断映射表区域。 这样通过 2 次跳转就 可以准确找到中断服务程序的入口。 可以通过图 3 看出快中断的处理流程（其他的中断处理流程类似） 尿区0 (8KB) 中断向hVector tK初始化代码Siartup.o (0 x80000000-0 x80000fm 烧录程序Programmer.o (0 x000l000-0 x000im) 卩 ， 扇区1 8KB） 中断映射INTMap.o (0 x50002800020 ff) 用户屁用程序App o

7、(0)i80002100-0 x80003ffin 1廟区2扇区7 （共240KB） 用户熾用程序App o (0 x80004 0OCKO?tg0O3ffiD 0 x80000000 0 x80001m oxaoo020(x) OxEOOOSOT 0 x80004000 0 xii003fflT 图2 STR730内章Flash分配情况 UP有道工控 图3 快中断处理流程 2. 2 ISP 执行的步骤 笔者把起到烧录 Flash 作用的程序单独作为一个工程编译、链接，生成. bin 文件；然后把.bin 文件转化成一个 unsigned char 型的数组，并把该数组放在一 个单独的文件 P

8、rogrammet. c 中；最后利用 Scatter 文件把 Programmer, o 定位 在固定的地址空间（0 x800010000 x80001fff，如图 2 所示）。这样一来，就可以 编写汇编程序，把烧录程序 Pro grammer. o 拷贝到 RAM 中，并让 PC 指针跳 转到 RAM 中执行烧录。由于 STR730 没有外部 Flash,要烧录 Flash 程序必须在 RAM 中运行，所以拷贝 Programmer, o 到 RAM 中是必需的。以下代码摘取自 Startup, s。 CMP r1，#1 BEQ PragramProcess :判断是否满足 ISP 条件（

9、参见图 1 的 flSP.EN）,如满足跳过去执行 1SP 代码 B _tnain吓不满足心 P条件，正常执行用户应用程序 斗拷贝烧录程序 Programmer 到 RAM 区并执行 PrograniProcess MOV rOT #128 辛总共拷贝 4 K%每次拷贝 4X8 字节， ;需要拷贝次 LDR rl f =0 x80001000 tProgrammer 的起始地址 LDR r2, =0 xa0000000 ；KAM 的起始地址 TfCD有道工控 www.OWOpfu.uorn rl!、r3-rlO r2! , i3rlO 需要说明的是： 擦除 Flash 并不是完全擦除，而是擦除

10、扇区 0 之外的其他扇区； 数据缓冲区有限，每次只接收指定大小的数据，这样接收和烧录就可以并 行进行，提高了 ISP 的速度； 为了提高软件的安全性，原始的.bin 文件是经过加密的，在烧录前需要将 原始Loop LDMIA STMIA SUB rO, rO, #1 CMP rO,井 0 BNE Loop LDR rO , = ,RAM 的起始地址 ADD BX rO, rO, # 1 rO ;拷贝完毕，跳到 RAM 的起始地址运行烧录程 卡序Prograninier 并切换到 Thumb 状态（为了节省代码 ；空间烧录程序 Programmer 用的是 Thumb 指令集） 烧录程序 Programmet 的软件流程如图 4 所示 图 4 烧录程序的软件流程 数据解密。本文阐述的这种通过串