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AT91SAM7Sxx系列MCU Boot-Loader的設(shè)計

作者:李隆慶
來源:希爾思儀表(深圳)有限公司
日期:2012-03-21 09:08:24
摘要: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。
關(guān)鍵詞:AT91SAM7SxxBoot-LoaderATMEL

 

  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。

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  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。

圖 Boot-loader 在Flash中的位置(以SAM7S256為例)

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  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