TMS320F2812片內(nèi)Flash在線燒寫(xiě)技術(shù)研究

1 引言
    TMS320F2812(以下簡(jiǎn)稱F2812)是美國(guó)德州儀器公司(TI)新一代32位定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，主要應(yīng)用于逆變器控制、電機(jī)控制等領(lǐng)域，并擁有工作頻率高達(dá)150 MHz的32位DSP內(nèi)核處理器，可以高效可靠地實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制和狀態(tài)控制等。因此，TMS320F28X系列DSP已成為自動(dòng)控制領(lǐng)域的首選控制器件。F2812片內(nèi)擁有高達(dá)128 KBx16位的F1ash程序存儲(chǔ)器，可以滿足大多數(shù)程序存儲(chǔ)需要。在研究基于JTAG接口的兩種常用Flash燒寫(xiě)技術(shù)(CCS插件燒寫(xiě)技術(shù)和Flash281x_API函數(shù)庫(kù)燒寫(xiě)技術(shù))的基礎(chǔ)上，提出了一種利用RS485與PC機(jī)的串行通訊實(shí)現(xiàn)Flash燒寫(xiě)的方法。

2 F2812片內(nèi)Flash簡(jiǎn)介
    F2812帶有128 KBxl6位的片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器，分為4個(gè)8 KBxl6位和6個(gè)16 KBxl6位的扇區(qū)，用戶可以單獨(dú)擦除、編程和驗(yàn)證Flash的一個(gè)扇區(qū)而不會(huì)影響其他扇區(qū)，但不能用F1ash的一個(gè)扇區(qū)執(zhí)行Flash的算法對(duì)其他扇區(qū)擦除或編程。F1ash還可映射到程序數(shù)據(jù)空間，因此它既可用于執(zhí)行代碼，也可存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息。
    TI代碼產(chǎn)生工具所產(chǎn)生的目標(biāo)文件是一種模塊化文件格式一一COFF格式，即．out文件。程序中的代碼和數(shù)據(jù)在COFF格式文件中以段形式形成，不同的段存放不同類型的內(nèi)容．應(yīng)用中通過(guò)編寫(xiě)連接器命令文件(．cmd)將這些段正確地分配到DSP的地址空間，DSP集成開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS經(jīng)編譯鏈接之后。生成．out文件和．map文件。．map文件詳細(xì)描述了．cmd文件中定義的各段起始地址以及使用長(zhǎng)度。而out文件為COFF格式，DSP能夠識(shí)別，但不能直接燒寫(xiě)到Flash，必須將．out文件轉(zhuǎn)換為Flash能識(shí)別的數(shù)據(jù)格式，即．hex的數(shù)據(jù)文件。利用CCS轉(zhuǎn)換和．hex轉(zhuǎn)換工具HEX2000進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

3 基于JTAG的燒寫(xiě)技術(shù)
3．1 CCS插件燒寫(xiě)技術(shù)
    利用燒寫(xiě)插件完成Flash的燒寫(xiě)無(wú)需數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，只需通過(guò)程序調(diào)試生成．out文件即可。由于調(diào)試階段程序的．cmd文件存放在F2812的RAM，而燒寫(xiě)階段程序則存放在Flash，即調(diào)試階段程序的重新定位不能在CCS環(huán)境下運(yùn)行，需要編寫(xiě)兩個(gè)不同的．cmd文件。
3．2 Flash281x_API函數(shù)燒寫(xiě)技術(shù)
    F1ash281x API函數(shù)庫(kù)燒寫(xiě)技術(shù)是利用TI公司的編程算法．該算法定義良好，操作簡(jiǎn)單，而且可以脫離燒寫(xiě)插件，真正實(shí)現(xiàn)在線燒寫(xiě)。
    編程算法中函數(shù)定義如下：(1)擦除扇區(qū)的函數(shù)為Uintl6F1ash2812 Erase(SectorMask，&FStatus)，其中,SectorMask為擦除指定扇區(qū)；&Fstatus為狀態(tài)值，判斷操作是否成功。(2)燒寫(xiě)程序到F1ash函數(shù)為Uintl6 Flash2812_Program(&FlashAddr，&BuffAddr，Length，&FStatus)，其中&FlashAddr為程序在Flash中燒寫(xiě)的起始地址；&BuffAddr為程序當(dāng)前存放在內(nèi)存空間的首地址：Length為程序長(zhǎng)度；&Fstatus為狀態(tài)值，判斷操作是否成功。(3)校驗(yàn)燒寫(xiě)到Flash中的程序?yàn)閁intl6 Flash2812_Verifv(＆FlashAddr，＆BuffAddr，Length，＆FStatus)。
    Flash28x_API函數(shù)燒寫(xiě)步驟如下：
    (1)先將．hex格式數(shù)據(jù)下載到F2812的內(nèi)存．在CCS環(huán)境下完成File→Data→Load，并存放地址和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度兩個(gè)參數(shù)，其中數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可以通過(guò)HEX轉(zhuǎn)換為．map文件獲得。
    (2)編寫(xiě)基于Flash281x_API函數(shù)的燒寫(xiě)程序。先擦除相應(yīng)的Flash扇區(qū)，通過(guò)Flash2812_Erase函數(shù)完成；將數(shù)據(jù)的起始地址和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度兩個(gè)參數(shù)分別賦給&FlashAddr和Length變量，然后調(diào)用Flash2812_Program函數(shù)開(kāi)始燒寫(xiě)，最后調(diào)用Flash2812_Verify函數(shù)確定燒寫(xiě)是否成功。
    Flash API與用戶工程建立關(guān)聯(lián)后，目標(biāo)代碼通過(guò)調(diào)用API函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)Flash的擦除、燒寫(xiě)和校驗(yàn)等操作，F(xiàn)lash的密碼保護(hù)值不全為0，否則Flash將被鎖死導(dǎo)使無(wú)法解鎖。

4 串口燒寫(xiě)FlaSh技術(shù)
    基于JTAG的燒寫(xiě)技術(shù)必須在CCS環(huán)境下通過(guò)JTAG接口實(shí)現(xiàn)。雖然基于JTAG接口的兩種燒寫(xiě)方法易于操作，方便調(diào)試，但常常受空間和傳輸距離限制。比如一臺(tái)DSP系統(tǒng)安裝在復(fù)雜、封閉的環(huán)境下，當(dāng)程序需要更新或升級(jí)時(shí)，利用JTAG接口難以實(shí)現(xiàn)Flash的在線燒寫(xiě)。而通過(guò)串口燒寫(xiě)技術(shù)采用“程序”燒寫(xiě)“程序”的方法則不受限制。前一個(gè)“程序”指已固化程序，用于實(shí)現(xiàn)串口燒寫(xiě)的時(shí)機(jī)判斷、數(shù)據(jù)接收及燒寫(xiě)的具體實(shí)施等，該程序使用了Flash281x_API庫(kù)編程算法；而后一個(gè)“程序”是用戶的應(yīng)用目標(biāo)代碼。
    實(shí)現(xiàn)串口燒寫(xiě)技術(shù)軟件分為PC機(jī)內(nèi)用于數(shù)據(jù)發(fā)送的頂層軟件和目標(biāo)機(jī)內(nèi)的底層軟件。頂層軟件可實(shí)現(xiàn)用戶程序的解析等；而底層軟件可實(shí)現(xiàn)由串口發(fā)送的數(shù)據(jù)燒寫(xiě)至Flash。F2812 DSP每次上電復(fù)位，先運(yùn)行底層軟件，判斷是否需要重新燒寫(xiě)Flash。若需要，則將串口發(fā)送的目標(biāo)代碼燒寫(xiě)至F2812片內(nèi)Flash指定扇區(qū)；否則將繼續(xù)執(zhí)行原有的用戶目標(biāo)代碼。
4．1 頂層軟件
    頂層軟件可實(shí)現(xiàn)用戶程序的解析等工作。其用戶程序?yàn)椋畂ul文件，頂層軟件主要完成．hex文件的解析，并將解析后的有用數(shù)據(jù)發(fā)送至目標(biāo)DSP。.hex文件的組織格式嚴(yán)格，只要提取數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的存放地址和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度就可以按照要求將數(shù)據(jù)發(fā)送給目標(biāo)DSP。如果用戶程序很大而目標(biāo)DSP的內(nèi)存空間不足時(shí)，該過(guò)程還可以分段進(jìn)行。頂層軟件可以使用VC++或者LabVIEW等實(shí)現(xiàn)。
4．2 底層軟件
    底層軟件用于實(shí)現(xiàn)將串口發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)燒寫(xiě)至Flash．涉及到用戶程序的正確定位和復(fù)位后的啟動(dòng)過(guò)程，是整個(gè)軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。底層軟件主要實(shí)現(xiàn)以下功能：
    (1)燒寫(xiě)程序搬移功能。由于F2812片上Flash不支持在其中一個(gè)扇區(qū)運(yùn)行程序去擦除或燒寫(xiě)其他扇區(qū)，故完成接收數(shù)據(jù)和燒寫(xiě)Flash工作的這部分程序需搬移至片內(nèi)RAM或片外RAM上運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)程序搬移的函數(shù)為：

其中，SourceAddr為Flash中程序的起始地址，即源程序開(kāi)始地址；SourceEndAddr為Flash中程序的結(jié)束地址，即源程結(jié)束序地址；DestAddr為搬移至內(nèi)存的首地址。
    (2)上電復(fù)位查詢功能。上電復(fù)位后查詢一個(gè)通用I／O端口的狀態(tài)以確定是否需要燒寫(xiě)程序。這個(gè)通用I／O端口可由用戶自行確定，但I(xiàn)／O端口占用后其特殊功能便不可用，上電復(fù)位后保證其確定狀態(tài)，否則會(huì)不間斷燒寫(xiě)程序或者不能正確跳轉(zhuǎn)到用戶應(yīng)用程序。
    (3)接收PC機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)并保存到目標(biāo)DSP內(nèi)存。這是在串口接收中斷服務(wù)子程序中完成的，并確定用于數(shù)據(jù)保存的這部分內(nèi)存未占用。
    (4)接收結(jié)束后將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)燒寫(xiě)至指定Flash扇區(qū)，這由Flash28lx_APl庫(kù)函數(shù)完成。圖l為底層應(yīng)用軟件流程圖。

4．3 底層軟件的定位
    電復(fù)位后，XMP／MC引腳為低電平．目標(biāo)DSP處于計(jì)算機(jī)模式，CPU將從內(nèi)部Boot Rom獲得復(fù)位向量。復(fù)位向量指向Boot Rom并執(zhí)行其內(nèi)部的Bootloader程序，執(zhí)行完畢后確定從內(nèi)部Flash啟動(dòng)．程序指針跳轉(zhuǎn)到Flash的Ox3F7FF6處．這個(gè)地址是同定的，因此底層軟件程序必須燒寫(xiě)在以這個(gè)地址為起始地址的空間內(nèi)，或者在0x3F7FF6燒寫(xiě)一條跳轉(zhuǎn)指令，上電復(fù)位后通過(guò)跳轉(zhuǎn)指令跳轉(zhuǎn)到底層軟件程序。
4．4 用戶應(yīng)用程序的定位
    用戶應(yīng)用程序從main函數(shù)開(kāi)始，但DSP首先必須調(diào)用_c_int00函數(shù)建立C語(yǔ)言的運(yùn)行環(huán)境，主要包括：建立初始化系統(tǒng)堆棧，把．cinit段中的數(shù)據(jù)表拷貝到.bss段。對(duì)全局和靜態(tài)變量初始化等。_c_int00執(zhí)行結(jié)束后調(diào)用main函數(shù)開(kāi)始運(yùn)行用戶應(yīng)用程序。因此_c_int00函數(shù)的首地址才是整個(gè)程序的入口點(diǎn)。底層軟件程序執(zhí)行結(jié)束后應(yīng)該調(diào)用_c_int00函數(shù)，而不是main函數(shù)，可用跳轉(zhuǎn)指令實(shí)現(xiàn)，參考程序如下：

5 結(jié)語(yǔ)
    討論的Flash三種在線燒寫(xiě)技術(shù)在實(shí)際工程中均得到實(shí)際運(yùn)用。采用TMS320F2812作為控制器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)．利用Flash在線燒寫(xiě)技術(shù)開(kāi)發(fā)的試驗(yàn)程序，可以根據(jù)需求及時(shí)更新，有助于產(chǎn)品維護(hù)。為了工程技術(shù)人員在實(shí)際項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中根據(jù)工程階段和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境選擇合適的燒寫(xiě)方法，文中給出了關(guān)鍵部分程序。經(jīng)過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，基于JTAG口的燒寫(xiě)技術(shù)適用于研發(fā)調(diào)試階段，而串口燒寫(xiě)Flash技術(shù)更適用于維護(hù)階段．大大提高系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性，如在封閉和復(fù)雜環(huán)境下進(jìn)行外場(chǎng)加載和控制時(shí)，該技術(shù)具有較好的實(shí)用價(jià)值。