基于TMS320F28335 芯片CAN Bootloader 程序升級方法

顧瀚戈，鐘洪念，冉萬寧，范晉文

（中科芯集成電路有限公司，成都 610000）

1 引言

隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展，芯片應(yīng)用需求不斷增加，應(yīng)用場景也不斷增多。TMS320F28335 通用的更新程序方式是采用CCS 集成開發(fā)環(huán)境通過JTAG 仿真器進行程序下載燒寫，但在部分應(yīng)用場景中，JTAG 接口不便于密封系統(tǒng)引出，并且引出后可能導(dǎo)致信號易受干擾而影響程序升級的可靠性，同時JTAG 線過長，設(shè)計時需考慮增加驅(qū)動電路，增加了硬件成本[1]。CAN總線具有實時性強、傳輸距離遠、檢錯能力強、抗電磁干擾能力強等優(yōu)點。本文提出了一種通過CAN Bootloader 引導(dǎo)程序?qū)崿F(xiàn)DSP 程序升級的方法，不需要使用仿真器與JTAG 口相連，通過CAN 端口以及CAN 通訊設(shè)備實現(xiàn)程序在線升級，符合部分復(fù)雜應(yīng)用場景的實際使用需求。

2 方法介紹

本方法包含上位機CAN 調(diào)試軟件、CAN Bootloader 引導(dǎo)程序和應(yīng)用程序，其中CAN 調(diào)試軟件為CAN 總線設(shè)備配套軟件，具有通用性，降低了開發(fā)難度，縮短了開發(fā)周期；引導(dǎo)程序預(yù)燒寫在DSP 芯片F(xiàn)lash 上，DSP 上電啟動后，燒寫在DSP 芯片F(xiàn)lash 上的引導(dǎo)程序運行，該引導(dǎo)程序用于接收上位機軟件通過CAN 接口下發(fā)的程序BIN 文件，并將接收的BIN文件燒寫至指定Flash 區(qū)域；應(yīng)用程序為用戶編寫的DSP 功能代碼，通過調(diào)用CCS 工具，將編譯生成的應(yīng)用程序.out 文件轉(zhuǎn)化為程序BIN 文件。待BIN 文件完成燒寫，引導(dǎo)程序?qū)⑻D(zhuǎn)至應(yīng)用程序開始運行。

根據(jù)設(shè)計，將引導(dǎo)程序分配在Flash A 扇區(qū)，將用戶應(yīng)用程序分配在Flash B～Flash H 區(qū)域，空間分配如圖1 所示。

圖1 TMS320F28335 Flash 空間分配

3 引導(dǎo)程序設(shè)計

3.1 引導(dǎo)程序介紹

CAN 通訊上位機軟件通常與CAN 通訊設(shè)備配套，上位機軟件需識別CAN 通訊設(shè)備號，軟件具有單次發(fā)送和文件整體發(fā)送功能[2]。本方法利用文件發(fā)送功能，著重對引導(dǎo)程序進行設(shè)計，將下發(fā)文件進行循環(huán)緩沖接收和Flash 燒寫，實現(xiàn)程序升級功能，提高開發(fā)效率，同時減小升級程序接收存儲空間。

3.2 引導(dǎo)程序啟動流程及CMD 設(shè)計

TMS320F28335 芯片的Boot ROM 位于片內(nèi)地址空間0x3FE000～0x3FFFFF 的一塊8k×16 位的只讀存儲器，片內(nèi)Boot ROM 在出廠時固化了引導(dǎo)加載程序以及定點和浮點數(shù)表[3]。當(dāng)芯片上電復(fù)位后，固化程序會從復(fù)位向量0x3FFFC0 處取得復(fù)位向量，并跳轉(zhuǎn)至InitBoot 處執(zhí)行，InitBoot 會根據(jù)GPIO87、GPIO86、GPIO85 和GPIO84 的值選擇不同的啟動方式[4]，具體對應(yīng)關(guān)系如表1 所示。

表1 控制引腳與引導(dǎo)模式關(guān)系

編寫的引導(dǎo)程序和應(yīng)用程序存放在Flash 中，因此選擇Jump to Flash 引導(dǎo)方式，系統(tǒng)默認使能4 個引腳的內(nèi)部上拉功能，則無需為這4 個引腳外接控制電路。選擇Jump to Flash 引導(dǎo)方式，系統(tǒng)自帶的引導(dǎo)加載程序會跳轉(zhuǎn)到Flash 地址0x33FFF6 處，在引導(dǎo)程序的CMD 文件中有如下代碼：

將Codestart 代碼放置在BEGIN 0x33FFF6 處，根據(jù)DSP2833x_CodeStartBranch. asm 關(guān)于Codestart 段的定義，

Codestart 包含一個跳轉(zhuǎn)指令，使程序跳轉(zhuǎn)至_c_int00 處，_c_int00 代碼會調(diào)用并運行引導(dǎo)程序中的main 函數(shù)，從而實現(xiàn)引導(dǎo)程序上電Flash 方式啟動[5]。通過配置引導(dǎo)程序工程中的CMD 文件，將SECTIONS 中的存儲模型均存放至FlashA，保證了引導(dǎo)程序執(zhí)行文件均在FlashA 中，執(zhí)行Flash 擦除操作時，不操作FlashA 區(qū)，確保引導(dǎo)程序一直保存在FlashA 扇區(qū)中。

3.3 引導(dǎo)程序流程

當(dāng)DSP 上電啟動，程序指針根據(jù)CMD 文件引導(dǎo)跳轉(zhuǎn)至引導(dǎo)程序起始地址，開始運行引導(dǎo)程序main 函數(shù)。引導(dǎo)程序主要功能為啟動TMS320F28335 芯片的CAN 模塊，等待接收上位機下發(fā)CAN 燒寫命令，若接收到燒寫指令，則開啟燒寫模式，若未收到，則在規(guī)定時間后將程序指針跳轉(zhuǎn)至應(yīng)用程序起始地址，開始運行應(yīng)用程序。引導(dǎo)程序流程如圖2 所示，程序詳細流程步驟如下：

圖2 引導(dǎo)程序流程

a)通過InitSysCtrl()函數(shù)對系統(tǒng)鎖相環(huán)（PLL）、看門狗、使能外設(shè)時鐘進行初始化；

b)通過以下函數(shù)：

MemCopy(&RamfuncsLoadStart,

&RamfuncsLoadEnd,&RamfuncsRunStart);

MemCopy(&Flash28_API_LoadStart,

&Flash28_API_LoadEnd,&Flash28_API_RunStart);

將ramfuncs 段函數(shù)和Flash28_API 段函數(shù)復(fù)制到RAM 內(nèi)存運行，通過InitFlash () 函數(shù)初始化內(nèi)部Flash；

c)初始化CAN GPIO 口，初始化CAN 模塊，初始化TIMER0 定時器模塊，配置CAN 中斷和定時器中斷，使能全局中斷；

d)進入while(1)循環(huán)程序，判斷定時器模塊是否累加至規(guī)定時間，若到達規(guī)定時間，則將程序跳轉(zhuǎn)至應(yīng)用程序BEGIN 地址，開始運行應(yīng)用程序；

e)若在規(guī)定時間內(nèi)，CAN 中斷接收到燒寫指令，該燒寫指令為8 B，包含2 B 幀頭，2 B 幀尾以及4 B程序總長度信息，關(guān)閉定時器模塊計時，對應(yīng)用程序Flash 扇區(qū)進行擦除，待擦除成功后，向上位機反饋成功信息，開啟燒寫程序流程，上位機通過文件下發(fā)功能將BIN 文件整體下發(fā)，芯片通過循環(huán)接收并燒寫下發(fā)的升級程序文件；

f)待燒寫完成后跳轉(zhuǎn)至應(yīng)用程序，開始運行應(yīng)用程序。

3.4 引導(dǎo)程序CAN 接收中斷函數(shù)設(shè)計

當(dāng)CAN 接收中斷觸發(fā)后，程序跳轉(zhuǎn)至解析燒寫命令幀分支，流程如圖3 所示，若成功解析幀頭、幀尾，保存命令幀中4 B 升級文件長度信息，將應(yīng)用區(qū)Flash擦除標(biāo)志位置1，關(guān)閉此分支，并打開環(huán)形緩沖分支。若未成功解析，則繼續(xù)等待下一幀。

圖3 CAN 接收中斷函數(shù)流程

進入環(huán)形緩沖分支后，上位機下發(fā)的全部數(shù)據(jù)皆存儲在環(huán)形緩沖數(shù)組中，每存儲一條數(shù)據(jù)，寫指針增加相應(yīng)長度，當(dāng)寫指針指向到數(shù)組末尾時，重新跳轉(zhuǎn)回數(shù)組首地址繼續(xù)存儲[6]，接收環(huán)形緩沖數(shù)組見圖4。

圖4 接收環(huán)形緩沖數(shù)組示意

3.5 主循環(huán)函數(shù)設(shè)計

主循環(huán)函數(shù)流程如圖5 所示，循環(huán)判斷Flash 擦除標(biāo)志位是否為1，當(dāng)標(biāo)志位為1 時，表示接收到燒寫指令，對應(yīng)用程序Flash 扇區(qū)進行擦除，程序如下：

圖5 主循環(huán)函數(shù)流程

待擦除完成，通過CAN 向上位機發(fā)送擦除成功指令，操作人員接收到成功指令，通過軟件文件發(fā)送功能，將升級BIN 文件整體下發(fā)，軟件下發(fā)設(shè)置為每50 ms 下發(fā)一幀，每幀長度為8 B。

主循環(huán)程序開始判斷讀取指針與寫入指針位置指向的環(huán)形緩沖數(shù)組位置是否一致，若不一致，表明CAN 中斷已成功接收部分BIN 文件數(shù)據(jù)，將新接收數(shù)據(jù)燒寫至指定Flash 地址，移動讀取指針，并累加記錄燒寫數(shù)據(jù)長度。若累加記錄燒寫長度與下發(fā)燒寫長度(包含在燒寫指令中)一致，則表示BIN 文件燒寫完成，向上位機反饋燒寫完成指令。待應(yīng)用燒寫完成后，跳轉(zhuǎn)至應(yīng)用程序，開始運行應(yīng)用程序。

4 應(yīng)用程序設(shè)計

應(yīng)用程序根據(jù)使用實際需求進行代碼編寫，需要對應(yīng)用程序CMD 文件進行設(shè)計，并調(diào)用CCS 編譯工具將.out 文件生成.bin 文件。

4.1 應(yīng)用程序CMD 文件設(shè)計

應(yīng)用程序從FlashH 首地址開始存儲，引導(dǎo)程序跳轉(zhuǎn)至應(yīng)用程序BEGIN 地址，實現(xiàn)應(yīng)用程序啟動[7]，應(yīng)用程序CMD 文件設(shè)計代碼如下：

4.2 應(yīng)用程序生成BIN 文件

BIN 文件通過CCS 軟件中的post-build 命令實現(xiàn)，CCS 安裝時已經(jīng)自動安裝了一個工具mkhex4bin，可以將.out 文件轉(zhuǎn)化成.bin 文件，通過在CCS post-build 中輸入以下指令調(diào)用該工具：

通過編譯，可直接在該工程Debug 子文件夾下生成升級用的BIN 文件。

5 試驗驗證

以TMS320F28335 系統(tǒng)板為驗證平臺，使用XDS100V3 JTAG 仿真器將引導(dǎo)程序預(yù)燒寫至FlashA扇區(qū)， 驗證試驗 CAN 總線設(shè)備型號為USBCANFD200U，上位機CAN 通訊軟件ZCANPRO是與設(shè)備相配套的標(biāo)準(zhǔn)軟件。驗證平臺搭建完成后開始試驗驗證，驗證操作步驟如下：

a)通過CCS 軟件編寫應(yīng)用程序代碼，生成BIN文件，測量BIN 文件總長度；

b)編寫預(yù)燒寫指令，格式為“2 B 幀頭+4 B BIN文件總長度+2 B 幀尾”；

c)驗證平臺通過CAN 總線設(shè)備與上位機相連，打開上位機CAN 通訊軟件，設(shè)置波特率，幀格式、幀類型、幀ID；

d)系統(tǒng)板上電，發(fā)送預(yù)燒寫指令，待接收到Flash 擦除成功消息后，打開BIN 文件，開始BIN 文件發(fā)送，文件燒寫過程如圖6 所示。待燒寫完成，引導(dǎo)程序跳轉(zhuǎn)至應(yīng)用程序起始地址，應(yīng)用程序成功運行，表明驗證成功。

圖6 試驗驗證燒寫過程

6 結(jié)論

本文介紹了一種通過CAN Bootloader 引導(dǎo)程序?qū)MS320F28335 芯片進行程序升級的方法，討論了該芯片通過Flash 啟動的流程機制，并對DSP 的鏈接命令文件(CMD 文件)、引導(dǎo)程序和應(yīng)用程序進行相應(yīng)設(shè)計。經(jīng)過試驗驗證，該方法穩(wěn)定可靠，能夠通過CAN總線設(shè)備實現(xiàn)芯片程序在線升級，可以實現(xiàn)燒寫一次引導(dǎo)程序，即可多次更新應(yīng)用程序的功能。該方法已在實際現(xiàn)場調(diào)試中成功應(yīng)用，解決了部分場景程序升級時設(shè)備需要拆卸的問題，提高了調(diào)試效率。