基于串口通信的DSP應(yīng)用程序在線升級(jí)方法

汪晶晶，蘇建徽，孫佩石

(教育部光伏系統(tǒng)工程研究中心 合肥工業(yè)大學(xué)能源研究所，安徽 合肥230009)

TMS320C2000系列DSP是美國德州儀器公司 (簡稱TI)推出的集微控制器和高性能DSP特點(diǎn)于一身的DSP系列。該系列的DSP具有強(qiáng)大的控制信號(hào)處理能力[1]，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的控制算法。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展以及用戶需求的不斷提升，可能需要經(jīng)常對(duì)已經(jīng)投入使用的嵌入式設(shè)備程序進(jìn)行更新，而目前一般的程序升級(jí)方法是實(shí)地取下設(shè)備,露出JTAG端口后通過仿真器來更新程序[2-4]。這種方法雖然簡單有效，但對(duì)于某些特殊場合,會(huì)給程序升級(jí)帶來了極大的不便[2]。本文以TMS320F28035為例，描述了一種可以脫離JTAG仿真器,不改變DSP上電啟動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)TMS320C2000系列DSP應(yīng)用程序在線更新的方法。

1 在線升級(jí)的基本思想

一般的基于DSP的軟件程序更新是在CCS環(huán)境下通過JTAG接口操作來實(shí)現(xiàn)的?；贘TAG接口的方法雖然易于操作，而且調(diào)試方便，但經(jīng)常受空間以及傳輸距離的限制。例如一臺(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)程序的在線升級(jí)[3]。而基于串口通信的在線升級(jí)技術(shù)是通過用底層程序燒寫應(yīng)用程序的方法來達(dá)到程序升級(jí)的目的，該方法則不受復(fù)雜系統(tǒng)和復(fù)雜環(huán)境的限制。另外，在線升級(jí)方法不需要改變DSP的啟動(dòng)方式，直接采用DSP默認(rèn)的內(nèi)部Flash方式啟動(dòng)[5],從而省去了要對(duì)DSP的一些引腳進(jìn)行硬件設(shè)置的麻煩。底層程序指已經(jīng)固化在DSP指定Flash空間中的程序,不允許用戶修改和擦除，主要用于實(shí)現(xiàn)在線升級(jí)的時(shí)機(jī)判斷、數(shù)據(jù)接收及代碼燒寫等功能，該程序中使用了Flash2803x_API庫存函數(shù)(詳見2.2節(jié))；應(yīng)用程序即為用戶的升級(jí)程序[3]。

F28035 DSP每次上電復(fù)位，先運(yùn)行底層程序，與PC機(jī)建立聯(lián)系，然后根據(jù)PC機(jī)的指令來判斷是否需要升級(jí)應(yīng)用程序。若需要，則將通過串口發(fā)送來的應(yīng)用程序代碼燒寫至F28035片內(nèi)Flash指定扇區(qū)；否則將繼續(xù)執(zhí)行原有的應(yīng)用程序。當(dāng)應(yīng)用程序很大或DSP的RAM空間比較小時(shí)，可采用將應(yīng)用程序代碼分批發(fā)給DSP，DSP接收并燒寫完一批代碼后，再進(jìn)行下一批代碼的接收和燒寫工作，直到所有的應(yīng)用程序代碼都燒寫完畢。

2 在線升級(jí)的具體實(shí)現(xiàn)

2.1 應(yīng)用程序

用戶的應(yīng)用程序經(jīng)過CCS編譯連接生成具有模塊化格式的目標(biāo)文件 (.out)，該文件中的代碼和數(shù)據(jù)分別存放在不同的段中，因而不能直接用來燒寫Flash，需將其轉(zhuǎn)換為Flash能識(shí)別的數(shù)據(jù)格式——二進(jìn)制文件(.bin)。本文采用hex2000.exe和FileOshell.exe工具來實(shí)現(xiàn)文件轉(zhuǎn)換。首先，應(yīng)用程序經(jīng)過編譯連接生成.out文件，然后通過hex2000.exe把.out文件轉(zhuǎn)換成.hex文件，再通過FileOshell.exe將文件轉(zhuǎn)換成.bin文件。先做一個(gè)批處理文件，內(nèi)容如下：

其中，Example_2803xAdcSoc.out是應(yīng)用程序經(jīng)過CCS生成的文件；-map是生成 map文件；-o是生成 hex文件；-m是Motorola-S格式；-memwidth 16指存儲(chǔ)器位數(shù)為 16 bit；-image指選擇映像文件；ROMS是所需要轉(zhuǎn)換的起始地址、長度、位數(shù)及填充。本文選擇從0x3e8000開始，長度是4 KB，即 FlashH，F(xiàn)lashH中未用的部分用0xFFFF填充,本文把這個(gè)批處理文件命名為：Example_2803xAdcSoc.cmd。接下來要生成.bin文件,先做一個(gè) MS-DOS型批處理文件,其內(nèi)容如下：

IFileIOShell.exe-i Example_2803xAdcSoc.hex-o Example_2803xAdcSoc.bin

注意要把 Example_2803xAdcSoc.out、hex2000.exe、FileIO Shell.exe、Example_2803xAdcSoc.cmd和 MS-DOS型批處理文件放在同一目錄下，然后雙擊MS-DOS型批處理文件，即生成所需要的Example_2803xAdcSoc.bin文件。

2.2 底層程序

底層程序用于實(shí)現(xiàn)將串口發(fā)送的數(shù)據(jù)燒寫至Flash的指定部分，涉及到應(yīng)用程序的正確定位和復(fù)位后的啟動(dòng)過程，是實(shí)現(xiàn)整個(gè)在線升級(jí)的重點(diǎn)。底層程序流程圖如圖1所示。底層程序主要實(shí)現(xiàn)以下功能[3]：

(1)上電復(fù)位查詢功能。上電復(fù)位后通過接收上位機(jī)發(fā)送的命令判斷是否升級(jí)。若上位機(jī)發(fā)送的是升級(jí)命令，則跳轉(zhuǎn)到底層程序中升級(jí)部分執(zhí)行；否則，跳轉(zhuǎn)到原有的應(yīng)用程序處執(zhí)行。

(2)搬移燒寫程序的功能。由于F28035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(即底層程序中的升級(jí)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：

圖1 底層程序流程圖

其中，SourceAddr為Flash中升級(jí)程序的起始地址，SourceEndAddr為Flash中升級(jí)程序的結(jié)束地址；DestAddr為搬移至內(nèi)存的首地址。

(3)接收上位機(jī)發(fā)送的應(yīng)用程序代碼并保存到DSP指定的內(nèi)存中(一般為RAM區(qū))。這是通過串口RS232來實(shí)現(xiàn)的。并確定用于數(shù)據(jù)保存的這部分內(nèi)存未被占用。例如，若需要將應(yīng)用程序代碼暫存到F28035的L0 SARAM區(qū)域(地址空間 0x3F8000-0x3F8800)。定義數(shù)組Uint16 BlockBuffer[2048]用于存儲(chǔ)應(yīng)用程序代碼，在底層程序中采用存儲(chǔ)器定位語句，將上面的緩沖數(shù)組定位到相應(yīng)的存儲(chǔ)空間：

#pragma DATA_SECTION(BlockBuffer,“BlockTransferbuffer”);

在底層程序CMD文件中，采用定位語句，將Block-Transferbuffer定位到DSP的L0 SRAM空間：

通過以上底層程序的設(shè)置，可將應(yīng)用程序緩存到指定的RAM區(qū)域中。

(4)代碼接收結(jié)束后，將內(nèi)存中的代碼燒寫至指定Flash扇區(qū)，該步驟通過調(diào)用Flash2803x_API庫函數(shù)完成。底層程序中所用到的Flash2803x_API庫函數(shù)如下[6]：

①擦除扇區(qū)的函數(shù)為Uint16Flash28035_Erase(Uint16 SectorMask，&Fstatus)， 其中,SectorMask為即將被擦除的扇區(qū)；&Fstatus為執(zhí)行擦除操作后返回的狀態(tài)值，用來判斷擦除操作是否成功。②將程序燒寫到Flash扇區(qū) 的 函 數(shù) 為 Uintl6 Flash28035_Program(＆FlashAddr,&BuffAddr，Length，&Fstatus), 其中，&FlashAddr為即將 被燒寫的Flash扇區(qū)的起始地址；&BuffAddr為即將準(zhǔn)備燒寫的程序當(dāng)前存放在內(nèi)存空間的首地址；Length為程序長度；&Fstatus為執(zhí)行燒寫操作后返回的狀態(tài)值，用來判斷燒寫操作是否成功。③校驗(yàn)燒寫到Flash中的程序?yàn)閁int16 Flash28035_Verify(&FlashAddr，&BuffAddr，Length，&Fstatus),其中,&FlashAddr指定從Flash內(nèi)開始比較的首地址；&BuffAddr為被比較文件的存儲(chǔ)首地址；Length是需要比較的16 bit字的個(gè)數(shù),程序長度；&Fstatus是執(zhí)行校驗(yàn)操作后返回的狀態(tài)值,用來判斷校驗(yàn)操作是否成功。

2.3 底層程序和應(yīng)用程序的定位

DSP F28035上電復(fù)位后，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0x3F7FF6處。由于這個(gè)地址是固定的，因此底層程序必須燒寫在以這個(gè)地址為起始地址的空間內(nèi)。DSP進(jìn)入底層軟件程序中運(yùn)行，首先通過接收上位機(jī)的命令來判斷是否進(jìn)行在線升級(jí)，如果進(jìn)行在線升級(jí)，則跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)升級(jí)程序中執(zhí)行；否則，跳轉(zhuǎn)到原有的應(yīng)用程序處執(zhí)行。由底層程序跳轉(zhuǎn)到原有的應(yīng)用程序處執(zhí)行時(shí)，采用絕對(duì)地址跳轉(zhuǎn)。部分程序如下所示：

底層程序的cmd配置與應(yīng)用程序的cmd配置要保持一致，不能產(chǎn)生地址沖突。同時(shí)，要注意底層程序和應(yīng)用程序的跳轉(zhuǎn)地址配置。

底層程序cmd文件的部分配置如下：

3 燒寫步驟

首先把底層程序通過JTAG接口燒寫到F28035中，然后再進(jìn)行應(yīng)用程序的燒寫。應(yīng)用程序的燒寫步驟為：先把串口調(diào)試工具的參數(shù)配置為波特率9 600 bit/s、8 bit數(shù)據(jù)位、1 bit停止位、沒有奇偶校驗(yàn)位；選擇發(fā)送文本文件方式,發(fā)送應(yīng)用程序的.bin文件到DSP。由于F28035的RAM區(qū)比較小,可以采取把應(yīng)用程序代碼分為多次發(fā)送的方式。燒寫過程如圖2所示。

圖2 燒寫過程

本文介紹了一種基于串口通信的DSP應(yīng)用程序在線升級(jí)技術(shù)，可以在不打開機(jī)箱的條件下實(shí)現(xiàn)模塊軟件的更新升級(jí)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用在線升級(jí)技術(shù)來更新程序所耗費(fèi)的時(shí)間比采用JTAG口燒寫程序所耗費(fèi)的時(shí)間要長一些，但解決了復(fù)雜情況下程序升級(jí)困難的問題?？傊?，該方法簡單可靠，可應(yīng)用于嵌入式設(shè)備的軟件程序更新升級(jí)中。

[1]蘇奎峰，呂強(qiáng)，耿慶鋒，等.TMS320F2812原理與開發(fā)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[2]李聲飛，代華山.基于串口通信的DSP程序動(dòng)態(tài)加載技術(shù)[J]. 電 訊 技 術(shù) ，2011,51(6)：121-124.

[3]李靜，張樹團(tuán)．TMS320F2812片內(nèi) Flash在線燒寫技術(shù)研究[J]．國外電子元器件，2008(10)：37-40．

[4]孫軼，許少尉.TMS320F2812芯片的 Flash燒寫技術(shù)[J]．航 空 計(jì) 算 技 術(shù) ，2006,36(5)：46-49.

[5]TI公司．TMS320F281x boot ROM serial Flash programming[Z].2007.

[6]TI公司.TMS320F2803x piccolo Flash API[Z].2010.