陳洪鋼　黃華偉

摘要：文章針對傳統(tǒng)設計采用RS232作為數(shù)據(jù)傳輸手段而造成的速度過慢的問題，設計了一種通過網(wǎng)絡接口，使用一種特殊的UDP包對BF531片外Flash在線系統(tǒng)編程的方案，并給出了在系統(tǒng)編程的具體步驟和實現(xiàn)結果。實踐證明該方法無須實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧，速度快，體積很小，很好地解決了以DSP為核心的應用系統(tǒng)軟件的維護和升級問題。

關鍵詞：BF531；Flash；網(wǎng)絡接口；ISP；UDP

中圖分類號：TP368文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2009）07-0129-02

在以DSP為核心的現(xiàn)代電子設備中，通常將可執(zhí)行代碼存放在Flash中，設備啟動的時候，DSP通過引導加載機制將Flash中的代碼轉移到高速存儲器中運行。Flash在系統(tǒng)編程（ISP）是指以在不改變硬件環(huán)境的條件下，在線將程序代碼（固件）下載到Flash中，從而方便地實現(xiàn)系統(tǒng)軟件的調試和升級。BF531是ADI公司生產(chǎn)的一款高性能DSP。ADI公司在其軟件VDSP下提供了通用的在系統(tǒng)編程工具“Flash Programmer”，但是該工具需要使用JTAG接口，并且需要專用仿真器。另外一種方法是采用RS232作為通信接口，通過一段引導程序來進行Flash的在系統(tǒng)編程，缺點是速度很慢。由于目前大多數(shù)電子儀器都已經(jīng)具有網(wǎng)絡接口，本文設計了一種通過網(wǎng)絡接口進行Flash在系統(tǒng)編程的方案。采用的網(wǎng)絡接口芯片為常見的DM9000a，由于網(wǎng)絡通信中常見的TCP/IP協(xié)議棧過于龐大，本文中未使用協(xié)議棧，而是設計了一種簡單的實現(xiàn)方法：直接構建含特殊標記頭的UDP廣播包來代替。

一、BF531的Flash啟動加載過程

LDR文件是最終燒寫到FLASH上面的程序文件，可以有多種格式。這里，我們生成的LDR文件是二進制格式，LDR文件分為多個塊，每個塊都分為一個“BLOCK”和一個10字節(jié)的“HEAD”。在“HEAD”中，頭四個字節(jié)表示塊應加載在BF531地址空間的地址，后四個字節(jié)表示“BLOCK”的大小，最后兩個字節(jié)表示塊的屬性。

BF531芯片本身已經(jīng)提供了4種啟動代碼加載方式，通過啟動模式引腳BMODE來選擇，本設計中將該引腳設置為最常見的“01”模式，即“從8/16位的FLASH/PROM啟動”模式。

BF531內部有一個BOOTROM區(qū)，用以存放“引導核”， BF531啟動的時候會先運行該引導核，自動將從Flash起始地址0x2000000開始的LDR文件分塊按照用戶的要求分別加載到片內RAM和SDRAM中。加載完畢后，引導核會修改

程序指針PC，使之為片內RAM的啟動地址0xFFA08000，啟動用戶自己的應用程序。

二、總體設計

需要設計一個Bootloader程序和一個與之配合的上位機程序，并將Bootloader燒在地址0x20000000處。DSP啟動后，“引導核”會自動啟動該程序，Bootloader程序延時判斷上位機是否發(fā)出了連接命令。如果有，進入更新固件模式，可以進行Flash的燒寫；否則，則進入正常啟動模式，用以加載并執(zhí)行用戶程序。

（一）Bootloader與用戶程序

根據(jù)上面所述，啟動的順序是：“引導核”自動啟動Bootloader，運行完成后再加載運行用戶程序。所以Bootloader程序應該獨立于用戶程序，因為Bootloader一般不需要更新，而且，在系統(tǒng)編程出現(xiàn)意外的時候，不會導致Bootloader被破壞。由于Bootloader需要在啟動的時候就運行，所以應該事先通過JTAG使用仿真器將其燒寫到地址0x20000000處。而對于常用的Nor Flash，編程的時候會先把相應的整個扇區(qū)擦除，所以為了方便編程，應該使用戶程序的LDR文件的起始燒寫地址固定，并且為一個扇區(qū)的起始地址，本設計中固定為0x20004000。

（二）網(wǎng)絡通信協(xié)議設計

嵌入式儀器一般資源都比較少，所以Bootloader體積應該設計的盡量的小。最常用的網(wǎng)絡通信協(xié)議為TCP/IP協(xié)議棧，雖然功能強大，但是體積過于龐大。考慮Bootloader只需要網(wǎng)絡接口完成最簡單的通訊功能，而且通信量很小，本文設計了一種簡單的方法：直接構建含特殊標記頭的UDP廣播包。

詳細的實現(xiàn)方法：上位機端發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，在普通的UDP包的“payload”區(qū)加上一個自定義字符串的“標記頭”，并定義為廣播包，發(fā)送。Bootloader端接受時采用“雜散模式”接受，直接分析網(wǎng)絡芯片DM9000A接受到的數(shù)據(jù)，如果發(fā)現(xiàn)是UDP包并且具有自定義字符串的“標記頭”，則接受，否則，拋棄。相反，Bootloader端發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，按照UDP包標準格式直接手動填充一個完整的UDP廣播包，并加上“標記頭”，上位機接受的時候，按正常接收方式，即可根據(jù)“標記頭”判斷是否是Bootloader傳出來的包。

三、Bootloader設計

如圖1所示，Bootloader功能上可以分為4個模塊，主控制模塊，數(shù)據(jù)通信訊模塊，F(xiàn)lash操作模塊，用戶程序加載啟動模塊。Bootloader運行的時候，先向上位機發(fā)出握手請求，等待1秒，如果有握手回應信號則證明有上位機相連，Bootloader進入命令等待狀態(tài)，如果沒有，則直接進入用戶程序加載啟動模塊。當一個完整的上位機命令被接收到后，Bootloader解析命令，并執(zhí)行相應的功能。執(zhí)行完相應的功能后會再發(fā)出握手請求（除非命令為退出命令），等待上位機握手，周而復始。

（一）主控制模塊

實現(xiàn)功能：實現(xiàn)Bootloader與上位機的握手，解析并執(zhí)行上位機發(fā)出的命令，并總體控制各個模塊。

（二）數(shù)據(jù)通信模塊

實現(xiàn)功能：控制網(wǎng)絡控制芯片DM9000A進行數(shù)據(jù)輸入和輸出。主要需要實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收功能，數(shù)據(jù)發(fā)送功能，DM9000A芯片的初始化和復位功能。

本設計中采用了上文中已經(jīng)敘述的特殊的網(wǎng)絡通信方式。設計數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)時，先定義一個UDP的標準廣播包的模版，在UDP包的“payload”區(qū)開始的地方添加好自定義的“標記頭”，發(fā)送的時候直接在該模版的“payload”區(qū)后上加入準備傳送的數(shù)據(jù)，通知DM9000A發(fā)送即可，為了避免計算校驗位造成速度減慢，本設計中將UDP頭的校驗位設置為0，即不校驗。設計數(shù)據(jù)接收函數(shù)時，只需要先讀取“payload”的頭幾個字節(jié)，判斷是否為定義的“標記頭”，如果是，則去掉該“標記頭”和UDP包的頭，獲得真正需要的數(shù)據(jù)，如果不是，則拋棄。

（三）Flash操作模塊

實現(xiàn)功能：實現(xiàn)一些常用的操作Flash功能接口函數(shù)，供主控制模塊使用。主要需要實現(xiàn)的功能函數(shù)有：Flash寫函數(shù)，F(xiàn)lash讀函數(shù)，F(xiàn)lash塊擦除函數(shù)，F(xiàn)lash解鎖函數(shù)，F(xiàn)lash校驗函數(shù)。

普通的nor Flash編程前需要將相應的扇區(qū)解鎖并擦除，所以如果該扇區(qū)有別的數(shù)據(jù)，會被一并擦除。為了能自由地編程任意地址的數(shù)據(jù)，本設計中特別定義了一個1個塊大小的緩沖區(qū)，暫存原Flash塊里面的數(shù)據(jù)，編程的時候將更新數(shù)據(jù)和原數(shù)據(jù)進行合并再后在一起編程進入Flash，解決了該問題。

（四）用戶程序加載啟動模塊

實現(xiàn)功能：完成類似BOOTROM區(qū)“引導核”的工作，即加載起始地址為0x20004000的用戶程序LDR文件到片內RAM或SDRAM，然后清空所有相關堆棧和寄存器，最后修改PC指針為0xFFA08000，開始執(zhí)行用戶程序，所以該程序應該使用匯編編寫。ADI在VDSP下提供“引導核”的示例程序，可以參考該程序設計本模塊。需要注意的是本模塊絕對不能被加載的用戶程序覆蓋掉，所以不能把這段程序放到片內RAM，而應該把這段程序放在SDRAM的最后，保護起來。

四、上位機設計

本設計中上位機在Windows XP操作系統(tǒng)下采用NI公司的Labwindows/CVI 8.0開發(fā)設計，如圖2所示。需要實現(xiàn)通過UDP包與Bootloader的通信和程控面板的顯示。由于CVI8.0自身沒有帶UDP相關驅動，需要加入Windows的API庫wsock32.lib進行開發(fā)。調用該庫進行SOCKET編程，設計好UDP的讀、寫、打開、關閉函數(shù)。在設計發(fā)送/接收函數(shù)的時候應該加上或去掉定義的“標記頭”。

五、實現(xiàn)結果

本設計已經(jīng)在使用DSP芯片BF531和網(wǎng)絡控制芯片DM9000A的目標板上成功實現(xiàn)。完整的實現(xiàn)步驟如下：先將Bootloader生成LDR文件，再將其通過仿真器燒寫到0x20000000，使用交叉雙絞線將目標板與電腦相連接，在電腦上打開上位機，給目標板上電，此時上位機與目標板進行握手，如果成功，面板會顯示“已經(jīng)成功連接目標板”，選擇需要燒寫的用戶程序的LDR文件和燒寫地址，點擊開始燒寫即可。

六、結語

本文提出了一種通過特殊的UDP廣播包進行Flash的在系統(tǒng)編程的方法，并成功實現(xiàn)。該方法拋棄了TCP/IP協(xié)議棧，因而大大的減小了自身的體積，而且采用網(wǎng)絡接口，使系統(tǒng)編程的速度得到了極大的提升。很好地解決了目標系統(tǒng)的系統(tǒng)程序升級和調試的問題。

參考文獻

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[2]Analog Devices，Inc．VisualDSP++4.5 Loader and Utilities Manual，2006．

[3]Analog Devices，Inc．ADSP-BF533 Blackfin Booting Process，2006．

[4]Lvzhiyong．Auto-load and auto-update the DSOs software，2007．

作者簡介：陳洪鋼（1981－），男，四川南充人，電子科技大學自動化工程學院碩士研究生，研究方向：測控技術與儀器；黃華偉（1978－），男，四川成都人，電子科技大學自動化工程學院碩士研究生，研究方向：通用測試技術與儀器設計。