ARM系統代碼固化的串口實(shí)現

　　早期的嵌入式程序采用“編程—燒寫(xiě)—修改—燒寫(xiě)”的開(kāi)發(fā)模式，大量的時(shí)間消耗在重復燒寫(xiě)芯片上，增加了開(kāi)發(fā)成本和研發(fā)周期。之后發(fā)展到仿真器階段，雖然簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)模式，但是由于仿真器與ARM芯片的兼容性等因素，經(jīng)常會(huì )發(fā)生程序在仿真器上能正確運行，但是固化之后運行卻出現問(wèn)題的情況。
　　程序的固化是軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中重要的一環(huán)，一般可通過(guò)JATG口、網(wǎng)口及串口等進(jìn)行燒寫(xiě)。相比之下，串口實(shí)現更為便捷,更值得推廣。筆者在開(kāi)發(fā)1C1T小靈通中繼站的過(guò)程中，通過(guò)編制燒寫(xiě)程序，利用串口將編譯后的目標代碼發(fā)送給ARM處理器；由ARM處理器內部的監控程序將目標代碼寫(xiě)入片外Flash，實(shí)現程序的在線(xiàn)燒寫(xiě)。這樣不僅簡(jiǎn)化了電路設計，而且降低了開(kāi)發(fā)成本，縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間。
1 燒寫(xiě)原理及過(guò)程
　　硬件連接如圖1所示，ARM開(kāi)發(fā)板一方面通過(guò)串口與PC機連接，另一方面通過(guò)20針I(yè)DC寬帶線(xiàn)與仿真器相連，再由仿真器通過(guò)25針并口插座與PC機的LPT口相連。開(kāi)發(fā)板通電后即可進(jìn)行燒寫(xiě)工作。
　　如圖2所示，代碼固化分2個(gè)步驟進(jìn)行。第1步，如虛線(xiàn)一所示，監控程序的映像通過(guò)仿真器下載到ARM的內部RAM中運行，用戶(hù)可以在主機端用超級終端或者其他串口調試工具與開(kāi)發(fā)板通信。第2步，將應用程序的可執行代碼通過(guò)串口發(fā)送，如虛線(xiàn)二所示，此時(shí)內部RAM里的監控程序就會(huì )接收并把它燒寫(xiě)到Flash中。

圖1 ARM開(kāi)發(fā)板與PC機的連接

圖2 代碼燒寫(xiě)原理
2 監控程序的設計
2.1 啟動(dòng)代碼設計
　　實(shí)現串口燒寫(xiě)的監控程序包括ARM啟動(dòng)代碼、串口通信代碼和Flash燒寫(xiě)代碼3部分。ARM啟動(dòng)代碼是整個(gè)程序運行的入口點(diǎn)，完成ARM系統正常運行所必需的簡(jiǎn)單初始化，然后把系統控制權交給操作系統或者高級語(yǔ)言編寫(xiě)的監控程序。由于啟動(dòng)代碼直接對SoC內核和硬件控制器進(jìn)行編程,因此必須采用匯編語(yǔ)言。
　　啟動(dòng)代碼包括異常向量表的定義、各種模式的堆棧初始化、系統硬件初始化、程序運行環(huán)境初始化，最后跳轉到用戶(hù)C語(yǔ)言主程序。當系統上電或復位后首先會(huì )從邏輯地址0x0處執行。
　　ARM處理器有7種運行模式，如表1所列。每一種模式都有獨立的堆棧指針寄存器（SP），因此對使用的模式都要給堆棧指針寄存器SP定義堆棧地址。改變狀態(tài)寄存器（CPSR）內的狀態(tài)位，使處理器切換到不同模式，然后給SP賦值就可以實(shí)現堆棧的初始化。當然，堆棧的大小視需要而定。
表1 ARM處理器的7種運行模式

　　堆棧初始化程序如下：
InitStack
　　MOVr0,lr;保存返回地址
　　MOV r1,#Mode_SVC:OR:I_Bit:OR:F_Bit;設置管理模式堆棧
　　MSRcpsr_c, r1
　　LDRr13, =SVC_STACK
　　MOVpc,r0;子程序返回
　　系統硬件初始化包括設置外部存儲器的類(lèi)型、數據位寬度等，完成之后即可通過(guò)“B Main”語(yǔ)句跳轉到C語(yǔ)言主程序。與LDR指令相比，雖然跳轉范圍小，但是32 MB的地址空間跳轉足以滿(mǎn)足程序需要，而且運行得更快。
2.2 燒寫(xiě)主程序設計
　　Main函數功能主要包括接收串口數據、解析映像文件及寫(xiě)入外部Flash，如圖3所示。串口函數主要由init_sio()、init_val()和send_data()組成。函數init_sio()用于對串口通信參數的設置：波特率，57 600 b/s；奇偶校驗，無(wú)；數據位，8位；停止位，1位。init_val()是對接收到的數據進(jìn)行轉存，為了提高接收速率，把接收到的數據先暫存到外部SRAM中。如果程序量較小也可以選擇暫存到芯片內部的RAM（64 KB）中，等接收完畢后再對其進(jìn)行解析。send_data()用于向串口回送燒寫(xiě)工作的信息。

圖3 Main函數流程
　　下一步就是要對映像文件進(jìn)行解析并正確地寫(xiě)入外部Flash中。嵌入式程序通過(guò)編譯器生成的映像文件是elf格式的axf文件，里面有文件頭、段信息等信息，不能直接燒錄，一般將它轉化為bin或者hex文件。這里將嵌入式程序編譯成SRecord十六進(jìn)制文件。這是一種Motorola公司推出的標準文件格式，用來(lái)將數據從PC機傳送到目標平臺Flash，在嵌入式開(kāi)發(fā)中廣為應用。SRecord文件格式如下：

　　其中，SID表示當前記錄的類(lèi)型，常見(jiàn)的有S0、S1、S5和S9等，各個(gè)類(lèi)型代表的意義不同，如S9所在語(yǔ)句表示文件的結束；數據長(cháng)度代表本句后面數據的長(cháng)度；地址的字節數會(huì )因不同的S記錄而異，一般為2字節，表示的是后面的數據在存儲器中的地址。
　　一個(gè)S記錄的長(cháng)度不會(huì )超過(guò)78字節，所以每次讀數據的長(cháng)度設為78字節，通過(guò)判斷文件類(lèi)型（如S3為0x5333）的標志位來(lái)確定一個(gè)S記錄的開(kāi)始。解析過(guò)程就是根據SID確定數據長(cháng)度，截取數據部分，傳遞要寫(xiě)入Flash中的地址。
　　最后一步就是如何將數據寫(xiě)入Flash。不同類(lèi)型Flash存儲器的編程與擦除指令也不太一樣。本系統使用的是Hyundai公司生產(chǎn)的HY29LV160。
　　向Flash存儲器的特定寄存器寫(xiě)入地址和數據命令,就可對Flash存儲器進(jìn)行燒寫(xiě)、擦除等操作。編程指令只能使“1”變?yōu)?ldquo;0”,而擦除命令則可使“0”變?yōu)?ldquo;1”,因此正確的操作順序是先擦除、后編程。當Flash被擦除后讀出的數據應為0xff。寫(xiě)指令編程如下：
　　*((volatile uint16 *)start_addr + addr_unlock1)=data_unlock1;
　　　　start_add為Flash起始地址,addr_unlock1為0x555,//data_unlock1為0xaaaa
　　*((volatile uint16 *)start_addr +addr_unlock2)= data_unlock2;
　　　　//addr_unlock2為0x2aa,data_unlock2為0x5555
　　*((volatile uint16 *)start_addr +addr_unlock1)= setup_write;
　　　　//setup_write為0xa0a0
　　*to_add=data_pra;//寫(xiě)入數據
　　應在每個(gè)單元燒寫(xiě)命令發(fā)出后進(jìn)行檢測,以保證前一個(gè)單元燒寫(xiě)結束后再進(jìn)行下一個(gè)存儲單元的燒寫(xiě),當然也可采用延時(shí)等待的方法進(jìn)行連續的燒寫(xiě)。
2.3 編譯與執行
　　由于日本OKI公司的小靈通芯片ml7338是基于A(yíng)RM7TDMI核，所以系統采用ARM集成開(kāi)發(fā)調試環(huán)境ADS1.2，使用TechorICE仿真器。具體編譯語(yǔ)句如下：
　　armlink Startup.o main.o
　　-rw-base 0x10000000
　　-first Startup.o(vectors)//中斷向量表位于映像頭部
　　-o loader.axf
　　-info totals
　　其中，0x10000000是ml7338內部RAM的起始地址，編譯完成后生成loader.axf文件。
　　需要注意的是，要固化的代碼應轉化為SRecord文件?？稍诰幾g器下ARM fromELF﹥Output format中選擇Motorola 32 bit Hex,或者使用以下編譯語(yǔ)句處理：
　　>fromelfnodebug filename.axfm32 filename.txt
　　以上兩種方式都將產(chǎn)生SRecord文件。通過(guò)仿真器把燒寫(xiě)程序下載到ml7338的內部RAM中,運行后即可固化PC端通過(guò)串口工具發(fā)送過(guò)來(lái)的應用程序代碼。固化完成后拔掉仿真器，當系統復位或上電后Flash存儲器被映射到起始地址0x0處,裝入的可執行映像文件即可得到執行。
結語(yǔ)
　　本文所寫(xiě)的燒寫(xiě)程序雖然是針對小靈通芯片ml7338的，但是已經(jīng)把它拓展到了基于A(yíng)RM的32位嵌入式系統，開(kāi)發(fā)人員只需對框架略做修改即可編寫(xiě)自己的燒寫(xiě)程序。整個(gè)系統采用ARM匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，因此可以方便地移植,而且對編寫(xiě)基于網(wǎng)口的監控程序也具有重要的參考價(jià)值。
參考文獻
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陳建明（研究生），主要研究方向為多媒體通信與技術(shù)；
章堅武（博士后、教授），主要研究方向為移動(dòng)通信與個(gè)人通信
唐兵（研究生），主要研究方向為通信網(wǎng)絡(luò )與終端技術(shù)。