一種嵌入式系統升級的設計和實(shí)現

1、引言

隨著(zhù)信息化，智能化，網(wǎng)絡(luò )化的發(fā)展，嵌入式系統技術(shù)也將獲得廣闊的發(fā)展空間。嵌入式技術(shù)全面展開(kāi)，目前已成為通信和消費類(lèi)產(chǎn)品的共同發(fā)展方向。在通信領(lǐng)域，數字技術(shù)正在全面取代模擬技術(shù)。在廣播電視領(lǐng)域，美國已開(kāi)始由模擬電視向數字電視轉變，歐洲的DVB（數字電視廣播）技術(shù)已在全球大多數國家推廣。數字音頻廣播（DAB）也已進(jìn)入商品化試播階段。而軟件、集成電路和新型元器件在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的作用日益重要。所有上述產(chǎn)品中，都離不開(kāi)嵌入式系統技術(shù)。象前途無(wú)可計量的維納斯計劃生產(chǎn)機頂盒，核心技術(shù)就是采用32位以上芯片級的嵌入式技術(shù)。在個(gè)人領(lǐng)域中，嵌入式產(chǎn)品將主要是個(gè)人商用，作為個(gè)人移動(dòng)的數據處理和通訊軟件。本文提出了利用LPC2148的SD卡實(shí)現嵌入式系統升級的設計方案。

2、總體系統升級方案設計

廠(chǎng)家生產(chǎn)出產(chǎn)品后，用戶(hù)購買(mǎi)回去使用，當設備出現了系統漏洞或者用戶(hù)不滿(mǎn)足現有功能而提出更多需求時(shí)，就要對系統升級或者維護系統功能。廠(chǎng)家只需將SD卡取回，把更新后的程序放入SD卡中，然后發(fā)放給用戶(hù)，用戶(hù)只需把SD卡插入終端設備。即可達到系統升級的目的。圖1給出廠(chǎng)商與用戶(hù)之間的交流流程圖。圖2給出整個(gè)系統設計流程圖。

按圖1所示，廠(chǎng)商與用戶(hù)交流過(guò)程如下：

(1)廠(chǎng)商將一個(gè)類(lèi)似Boot loader的程序通過(guò)ISP方式，將其下載到Flash中，如圖2所示的位置。

(2)將升級程序放入SD卡中，隨產(chǎn)品一起出廠(chǎng)。

(3)用戶(hù)拿到SD卡后，將其插入SD卡槽，終端設備開(kāi)始工作。

(4)用戶(hù)使用一段時(shí)間后，若出現問(wèn)題或者需要升級、維護時(shí)．只需將SD卡返回廠(chǎng)家即可。

(5)廠(chǎng)家將升級后的程序放入返回的SD卡中，再返回給用戶(hù)．或者廠(chǎng)家直接再發(fā)放SD卡給用戶(hù)，而無(wú)需用戶(hù)返回SD卡。

(6)用戶(hù)拿到SD卡后，將其直接插入終端設備卡后，則可達到升級的目的。

出廠(chǎng)前，通過(guò)ISP編程方式燒入一個(gè)類(lèi)似于Boot loader的程序。該程序的實(shí)現大致分為3個(gè)步驟：

(1)SPI模式下的SD卡底層驅動(dòng)；

(2)讀出SD卡中的系統程序，并放入指定的Flash地址段中：

(3)跳轉到指定的Flash地址段，執行升級后的系統。

在用戶(hù)插入SD卡前，程序不斷判斷SD卡是否插入。用戶(hù)插入SD卡后，程序首先驅動(dòng)SD卡，使其能正常工作，然后讀取SD卡中的升級程序，并將其放入指定的Flash地址段中。最后，跳轉到指定段，開(kāi)始工作。廠(chǎng)家可根據需要，任意安排升級程序放置的位置。

3、系統硬件設計

核心處理器采用PHILIPS公司的LPC2148。它是一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的32位ARM7微控制器。帶有32KB和512 KB嵌入的高速Flash存儲器。128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構，使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運行，并帶有SPI總線(xiàn)。選用該處理器主要考慮其內部資源豐富，無(wú)需擴展存儲器和SPI總線(xiàn)，且性能優(yōu)異，抗干擾能力強，價(jià)格低廉，具有極高的性?xún)r(jià)比。

該設計只是產(chǎn)品電路中的一部分。其硬件電路如圖3所示。LPC2148具有同步、全雙工串行接口(SPI)，其最大數據位頻率為輸入時(shí)鐘頻率的1／8，可以設置為主機或從機工作方式。SD卡是通過(guò)SPI總線(xiàn)協(xié)議驅動(dòng)的，數據傳輸中。主機總是向從機發(fā)送一個(gè)字節數據，而從機也總是向主機發(fā)送一個(gè)字節數據。圖3中左邊為L(cháng)PC2148，右邊為SD卡插槽。SCKl為串行時(shí)鐘，用于LPC2148與SD卡之間的數據傳輸時(shí)鐘信號：MISOl是一個(gè)單向信號，用于將數據從SD卡傳輸至LPC2148；MOSll也是一個(gè)單向信號。用于將數據從LPC2148傳輸至SD卡；SSEL1為選通信號，用于選中SD卡。圖3中的引腳3和引腳6分別接地，引腳4接電源，引腳8用于檢測SD卡是否插入，并可根據實(shí)際要求選定。SD卡與LPC2148之間通過(guò)SPI協(xié)議和SD文件系統的組織形式．才能協(xié)調通訊。

4、系統軟件設計

系統軟件部分首先通過(guò)SPI協(xié)議對SD卡初始化，然后根據SD卡的FAF32文件系統組織形式讀取SD卡中的數據，將讀取數據通過(guò)IAP方式將其寫(xiě)入Flash中，最后用一個(gè)跳轉程序跳轉到該段，以達到升級的目的。

4.1 SD卡的初始化

SD卡（Secure Digital Memory Card）中文翻譯為安全數碼卡，是一種基于半導體快閃記憶器的新一代記憶設備，它被廣泛地于便攜式裝置上使用，例如數碼相機、個(gè)人數碼助理（PDA）和多媒體播放器等。SD卡由日本松下、東芝及美國SanDisk公司于1999年8月共同開(kāi)發(fā)研制。大小猶如一張郵票的SD記憶卡，重量只有2克，但卻擁有高記憶容量、快速數據傳輸率、極大的移動(dòng)靈活性以及很好的安全性。

用戶(hù)應用程序通常以文件的形式訪(fǎng)問(wèn)SD卡，并以文件的形式存取數據；文件系統層是通過(guò)調用SD卡物理層的有關(guān)函數來(lái)實(shí)現的，所以要想以文件系統的形式訪(fǎng)問(wèn)SD卡，則必須先驅動(dòng)SD。SD卡的讀寫(xiě)操作都是基于命令的，通過(guò)向SD卡發(fā)送相應的命令并讀取相應的響應控制SD卡。在對SD卡讀寫(xiě)前，首先要進(jìn)行初始化操作。這是確保SD卡能在SPI模式下正常讀寫(xiě)數據的前提。SD卡上電復位后，默認是SD模式。為了使SD卡進(jìn)入SPI模式，必須將CS置低(至少延遲74個(gè)時(shí)鐘)并通過(guò)SPI總線(xiàn)發(fā)送CMDn，使SD卡復位，同時(shí)激活，并進(jìn)行內部初始化處理，使SD卡退出空閑狀態(tài)。

SD卡初始化流程圖如圖4所示。