TMS320F2812片內(nèi)Flash在線燒寫技術

TMS320F2812(以下簡稱F2812)是美國德州儀器公司(TI)新一代32位定點數(shù)字信號處理器(DSP)，主要應用于逆變器控制、電機控制等領域，并擁有工作頻率高達150 MHz的32位DSP內(nèi)核處理器，可以高效可靠地實現(xiàn)自適應控制和狀態(tài)控制等。因此，TMS320F28X系列DSP已成為自動控制領域的首選控制器件。F2812片內(nèi)擁有高達128 KBx16位的F1ash程序存儲器，可以滿足大多數(shù)程序存儲需要。在研究基于JTAG接口的兩種常用Flash燒寫技術(CCS插件燒寫技術和Flash281x_API函數(shù)庫燒寫技術)的基礎上，提出了一種利用RS485與PC機的串行通訊實現(xiàn)Flash燒寫的方法。

 F2812片內(nèi)Flash簡介 TMS320F2812原理與開發(fā) 
      F2812帶有128 KBxl6位的片內(nèi)Flash存儲器，分為4個8 KBxl6位和6個16 KBxl6位的扇區(qū)，用戶可以單獨擦除、編程和驗證Flash的一個扇區(qū)而不會影響其他扇區(qū)，但不能用F1ash的一個扇區(qū)執(zhí)行Flash的算法對其他扇區(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，也可存儲數(shù)據(jù)信息。

      TI代碼產(chǎn)生工具所產(chǎn)生的目標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．應用中通過編寫連接器命令文件(．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文件詳細描述了．cmd文件中定義的各段起始地址以及使用長度。而out文件為COFF格式，DSP能夠識別，但不能直接燒寫到Flash，必須將．out文件轉(zhuǎn)換為Flash能識別的數(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進行轉(zhuǎn)換。

 基于JTAG的燒寫技術

3．1 CCS插件燒寫技術

      利用燒寫插件完成Flash的燒寫無需數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，只需通過程序調(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)境下運行，需要編寫兩個不同的．cmd文件。

3．2 Flash281x_API函數(shù)燒寫技術

      F1ash281x API函數(shù)庫燒寫技術是利用TI公司的編程算法．該算法定義良好，操作簡單，而且可以脫離燒寫插件，真正實現(xiàn)在線燒寫。

      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中燒寫的起始地址；&BuffAddr為程序當前存放在內(nèi)存空間的首地址：Length為程序長度；&Fstatus為狀態(tài)值，判斷操作是否成功。(3)校驗燒寫到Flash中的程序為Uintl6 Flash2812_Verifv(＆FlashAddr，＆BuffAddr，Length，＆FStatus)。

      Flash28x_API函數(shù)燒寫步驟如下：

      (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)長度兩個參數(shù)，其中數(shù)據(jù)長度可以通過HEX轉(zhuǎn)換為．map文件獲得。

      (2)編寫基于Flash281x_API函數(shù)的燒寫程序。先擦除相應的Flash扇區(qū)，通過Flash2812_Erase函數(shù)完成；將數(shù)據(jù)的起始地址和數(shù)據(jù)長度兩個參數(shù)分別賦給&FlashAddr和Length變量，然后調(diào)用Flash2812_Program函數(shù)開始燒寫，最后調(diào)用Flash2812_Verify函數(shù)確定燒寫是否成功。

      Flash API與用戶工程建立關聯(lián)后，目標代碼通過調(diào)用API函數(shù)，實現(xiàn)對Flash的擦除、燒寫和校驗等操作，F(xiàn)lash的密碼保護值不全為0，否則Flash將被鎖死導使無法解鎖。
 

串口燒寫FlaSh技術

      基于JTAG的燒寫技術必須在CCS環(huán)境下通過JTAG接口實現(xiàn)。雖然基于JTAG接口的兩種燒寫方法易于操作，方便調(diào)試，但常常受空間和傳輸距離限制。比如一臺DSP系統(tǒng)安裝在復雜、封閉的環(huán)境下，當程序需要更新或升級時，利用JTAG接口難以實現(xiàn)Flash的在線燒寫。而通過串口燒寫技術采用“程序”燒寫“程序”的方法則不受限制。前一個“程序”指已固化程序，用于實現(xiàn)串口燒寫的時機判斷、數(shù)據(jù)接收及燒寫的具體實施等，該程序使用了Flash281x_API庫編程算法；而后一個“程序”是用戶的應用目標代碼。

      實現(xiàn)串口燒寫技術軟件分為PC機內(nèi)用于數(shù)據(jù)發(fā)送的頂層軟件和目標機內(nèi)的底層軟件。頂層軟件可實現(xiàn)用戶程序的解析等；而底層軟件可實現(xiàn)由串口發(fā)送的數(shù)據(jù)燒寫至Flash。F2812 DSP每次上電復位，先運行底層軟件，判斷是否需要重新燒寫Flash。若需要，則將串口發(fā)送的目標代碼燒寫至F2812片內(nèi)Flash指定扇區(qū)；否則將繼續(xù)執(zhí)行原有的用戶目標代碼。

4．1 頂層軟件

      頂層軟件可實現(xiàn)用戶程序的解析等工作。其用戶程序為．oul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DSP。.hex文件的組織格式嚴格，只要提取數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的存放地址和數(shù)據(jù)長度就可以按照要求將數(shù)據(jù)發(fā)送給目標DSP。如果用戶程序很大而目標DSP的內(nèi)存空間不足時，該過程還可以分段進行。頂層軟件可以使用VC++或者LabVIEW等實現(xiàn)。

4．2 底層軟件

      底層軟件用于實現(xiàn)將串口發(fā)來的數(shù)據(jù)燒寫至Flash．涉及到用戶程序的正確定位和復位后的啟動過程，是整個軟件設計的重點。底層軟件主要實現(xiàn)以下功能：

      (1)燒寫程序搬移功能。由于F2812片上Flash不支持在其中一個扇區(qū)運行程序去擦除或燒寫其他扇區(qū)，故完成接收數(shù)據(jù)和燒寫Flash工作的這部分程序需搬移至片內(nèi)RAM或片外RAM上運行。實現(xiàn)程序搬移的函數(shù)為：

      其中，SourceAddr為Flash中程序的起始地址，即源程序開始地址；SourceEndAddr為Flash中程序的結束地址，即源程結束序地址；DestAddr為搬移至內(nèi)存的首地址。

      (2)上電復位查詢功能。上電復位后查詢一個通用I／O端口的狀態(tài)以確定是否需要燒寫程序。這個通用I／O端口可由用戶自行確定，但I／O端口占用后其特殊功能便不可用，上電復位后保證其確定狀態(tài)，否則會不間斷燒寫程序或者不能正確跳轉(zhuǎn)到用戶應用程序。

      (3)接收PC機發(fā)送的數(shù)據(jù)并保存到目標DSP內(nèi)存。這是在串口接收中斷服務子程序中完成的，并確定用于數(shù)據(jù)保存的這部分內(nèi)存未占用。

      (4)接收結束后將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)燒寫至指定Flash扇區(qū)，這由Flash28lx_APl庫函數(shù)完成。圖1為底層應用軟件流程圖。
 

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4．3 底層軟件的定位

      電復位后，XMP／MC引腳為低電平．目標DSP處于計算機模式，CPU將從內(nèi)部Boot Rom獲得復位向量。復位向量指向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．程序指針跳轉(zhuǎn)到Flash的Ox3F7FF6處．這個地址是同定的，因此底層軟件程序必須燒寫在以這個地址為起始地址的空間內(nèi)，或者在0x3F7FF6燒寫一條跳轉(zhuǎn)指令，上電復位后通過跳轉(zhuǎn)指令跳轉(zhuǎn)到底層軟件程序。

4．4 用戶應用程序的定位

      用戶應用程序從main函數(shù)開始，但DSP首先必須調(diào)用_c_int00函數(shù)建立C語言的運行環(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。對全局和靜態(tài)變量初始化等。_c_int00執(zhí)行結束后調(diào)用main函數(shù)開始運行用戶應用程序。因此_c_int00函數(shù)的首地址才是整個程序的入口點。底層軟件程序執(zhí)行結束后應該調(diào)用_c_int00函數(shù)，而不是main函數(shù)，可用跳轉(zhuǎn)指令實現(xiàn)，參考程序如下：

      討論的Flash三種在線燒寫技術在實際工程中均得到實際運用。采用TMS320F2812作為控制器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)．利用Flash在線燒寫技術開發(fā)的試驗程序，可以根據(jù)需求及時更新，有助于產(chǎn)品維護。為了工程技術人員在實際項目開發(fā)中根據(jù)工程階段和現(xiàn)場環(huán)境選擇合適的燒寫方法，文中給出了關鍵部分程序。經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn)，基于JTAG口的燒寫技術適用于研發(fā)調(diào)試階段，而串口燒寫Flash技術更適用于維護階段．大大提高系統(tǒng)的可維護性和可擴展性，如在封閉和復雜環(huán)境下進行外場加載和控制時，該技術具有較好的實用價值。