AT91SAM7Sxx系列MCU Boot-Loader的設(shè)計

　　AT91SAM7xx 系列是Atmel 公司推出的基于ARM7內(nèi)核的32位MCU.用戶代碼編譯在Thumb 模式下可獲得16位指令寬度，從而節(jié)約內(nèi)部程序空間。目前這個系列芯片的內(nèi)部Flash空間范圍從32KB到256KB， RAM空間范圍是8KB 到 6？KB.除了SAM7S32外，這個系列的芯片都內(nèi)嵌有USB2.0全速通訊模塊。本文介紹的就是基于USB接口的用戶程序升級工具。

　　我們知道 Atmel 公司為這個系列芯片提供了 SAM-BA 下載工具。這個工具在產(chǎn)品階段的應(yīng)用有一定的局限，就是為了啟動芯片內(nèi)部的 SAM-BA 程序，用戶需要短接芯片的TST引腳到電源端，然后上電10秒鐘，再重新上電。本文介紹的Boot-loader 程序常駐在芯片內(nèi)部Flash空間，啟動方法是用戶按住產(chǎn)品的一個特定的按鍵然后上電。這樣大大簡化了產(chǎn)品固件的升級過程。

　　1 Boot-loader 在Flash中的位置

　　為了在整個SAM7Sxx系列中通用同一個Boot-Loader程序，我們把它定位在Flash的低端位置偏移量為0x800至0x15ff位置，共占用3584個字節(jié)空間。相應(yīng)的用戶程序在鏈接時要避開使用這段地址。筆者采用的是IAR編譯環(huán)境，需要修改鏈接目標定位控制文件達到定位目標文件的目的。以S256為例，需要修改at91SAM7S256_NoRemap.xcl 文件

　　Boot-loader 的鏈接控制文件中需要修改的項目有：

　　-DROMSTART1=00 中斷向量表起始位置

　　-DROMEND1=3F 中斷向量表結(jié)束位置

　　-DROMSTART2=800 目標程序起始位置

　　-DROMEND2=15FF 目標程序結(jié)束位置

　　CODE， ICODE CONST 的定位同樣需要相應(yīng)的修改。

　　Boot-loader 啟動文件為Atmel提供（Cstartup.s79），但需要作一定修改：

　　RSEG ICODE：CODE：ROOT（2） 改為RSEG INTVEC：CODE：ROOT（2） 把異常向量表定位在0x00至0x3f.

　　異常向量表的末端添加語句RSEG ICODE：CODE：ROOT（2） 把啟動代碼定位在CODE段。

　　用戶應(yīng)用項目需要修改at91SAM7S256_NoRemap.xcl文件中

　　-DROMSTART1=00 中斷向量表及啟動代碼起始位置

　　-DROMEND1=7FF 中斷向量表及啟動代碼結(jié)束位置

　　-DROMSTART2=1600 目標程序起始位置

　　-DROMEND2=3FFFF 目標程序結(jié)束位置

　　CODE， ICODE CONST 的定位同樣需要相應(yīng)的修改。以避免和Boot-Loader 地址重疊。

{$page$}

　　2 Boot-Loader 的實現(xiàn)

　　2.1 Boot-Loader 的啟動

　　上電復(fù)位后，PC指針首先指向Boot-Loader，Boot-Loader首先初始化IO口，然后判斷用戶有無按下啟動Boot-Loader的按鍵。如果該鍵沒有被按下，同時Flash內(nèi)有用戶代碼，則跳到用戶程序入口。下面代碼是用匯編寫用戶入口子程序。

　　PUBLIC EnterUser

　　CODE16

　　EnterUser：

　　ldr r1， = 0x15fc ； 0x15fc 保存用戶入口地址

　　ldr r0， [r1，#0]

　　bx r0

　　如果用戶在上電時有按下該鍵，則運行Boot-Loader 的主循環(huán)。

　　2.2 USB 驅(qū)動

　　USB驅(qū)動采用HID類以省下開發(fā)驅(qū)動程序的需要。HID的報表采用如下結(jié)構(gòu)：

　　const char LoaderDescriptor[] = {

　　0x06， 0xA0， 0xFF， // 廠家定義用途

　　0x09， 0x01， // 廠家定義用途

　　0xA1， 0x01， // 報表集合：應(yīng)用

　　// The Input report

　　0x09， 0x03， // 廠家定義的報表ID

　　0x15， 0x00， // 邏輯最小值 （0）

　　0x26， 0xFF， 0x00， // 邏輯最大值（255）

　　0x75， 0x08， // 報表位寬（8 位）

　　0x95， 0x03， // 報表長度（3 ）

　　0x81， 0x02， // 輸入報表

　　// The Output report

　　0x09， 0x04， // 廠家定義的報表ID

　　0x15， 0x00， // 邏輯最小值 （0）

　　0x26， 0xFF， 0x00， // 邏輯最大值 （255）

　　0x75， 0x08， // 報表位寬

　　0x96， 0x04， 0x01， // 報表長度（260 字節(jié)）

　　0x91， 0x02， // 輸出報表

　　0xC0}； // 集合結(jié)束

　　這樣PC下傳的數(shù)據(jù)報大小是260B，其中第一字節(jié)為寫命令，第二，第三字節(jié)是用戶固件的頁地址（用戶固件需編譯為二進制文件*.bin）。接下來是256字節(jié)的固件數(shù)據(jù)。

　　2.3 Flash 的操作

　　把所有操作Flash的函數(shù)定義在RAM空間，例如：

　　__ramfunc int CFlash：：Erase_All（void）

　　因為SAM7Sxx系列的Flash采用單層結(jié)構(gòu)，不允許程序在Flash上運行的同時改寫Flash的內(nèi)容， 所以要將操作Flash的程序放在RAM中運行。

　　2.4 數(shù)據(jù)包的處理

　　第一個數(shù)據(jù)包包含用戶啟動代碼和異常向量表。Boot-Loader需要修改復(fù)位向量，并保存用戶入口地址（偽代碼如下）

　　if （Page == 0） {

　　Get User Entrance Address

　　Replace User Entrance Address with Boot-Loader Entrance Address

　　Program first page into Flash

　　Set flag to indicate an unfinished task

　　Calculate checksum and return to PC

　　}

　　收到結(jié)束指令后需要設(shè)置完成標志（偽代碼如下）：

　　if （Command == END_OF_TASK） {

　　Write last page into Flash

　　Reset unfinished flag

　　Calculate checksum and return to PC

　　}

　　如果頁地址與boot-loader 重疊，則不進行寫操作，僅返成功標志給PC：

　　if （ （Page >= BL_START_PAGE） && （Page <= BL_END_PAGE） ） {

　　ret = true ；

　　break ；

　　}

　　3 PC端下載軟件的實現(xiàn)簡介

　　下面是標準的PC端操作流程：

　　- 獲得USB HID 類GUID

　　- 獲得所有HID設(shè)備結(jié)構(gòu)數(shù)組

　　- 根據(jù)VID PID 獲得設(shè)備信息

　　- 打開設(shè)備句柄

　　- 與Boot-Loader 進行通訊

　　以上操作步驟在Windows， MacOS， Linux 中都是通用的，讀者可以在參考文獻3找到關(guān)于PC端程序?qū)崿F(xiàn)的具體方法。

　　4 結(jié)論

　　本文介紹的實現(xiàn)方法簡化了AT91SAM7Sxx系列用戶程序升級過程。HID類的USB接口增加了產(chǎn)品跨平臺應(yīng)用的靈活性。筆者測試下載25K代碼約2秒鐘，具有一定實用價值。

　　參考文獻

　　[1] at91sam7s_full.pdf. Http://www.at91.com

　　[2] HID1_11.pdf. Http://www.usb.org

　　[3] Stuart Allman Using the HID class eases the job of writing USB device drivers. Http://www.edn.com