AT91SAM7Sxx系列MCU Boot-Loader的设计

2011-02-25 16:19:34来源: 电子工程专辑

     AT91SAM7xx 系列是Atmel 公司推出的基于ARM7内核的32位MCU。用户代码编译在Thumb 模式下可获得16位指令宽度,从而节约内部程序空间。目前这个系列芯片的内部Flash空间范围从32KB到256KB, RAM空间范围是8KB 到 6?KB。除了SAM7S32外,这个系列的芯片都内嵌有USB2.0全速通讯模块。本文介绍的就是基于USB接口的用户程序升级工具。

我们知道 Atmel 公司为这个系列芯片提供了 SAM-BA 下载工具。这个工具在产品阶段的应用有一定的局限,就是为了启动芯片内部的 SAM-BA 程序,用户需要短接芯片的TST引脚到电源端,然后上电10秒钟,再重新上电.本文介绍的Boot-loader 程序常驻在芯片内部Flash空间,启动方法是用户按住产品的一个特定的按键然后上电。这样大大简化了产品固件的升级过程。

1 Boot-loader 在Flash中的位置

为了在整个SAM7Sxx系列中通用同一个Boot-Loader程序,我们把它定位在Flash的低端位置偏移量为0x800至0x15ff位置,共占用3584个字节空间。相应的用户程序在链接时要避开使用这段地址。笔者采用的是IAR编译环境,需要修改链接目标定位控制文件达到定位目标文件的目的。以S256为例,需要修改at91SAM7S256_NoRemap.xcl 文件

 Boot-loader 的链接控制文件中需要修改的项目有:

-DROMSTART1=00 中断向量表起始位置

-DROMEND1=3F 中断向量表结束位置

-DROMSTART2=800 目标程序起始位置

-DROMEND2=15FF 目标程序结束位置

CODE, ICODE CONST 的定位同样需要相应的修改。

 Boot-loader 启动文件为Atmel提供(Cstartup.s79),但需要作一定修改:

RSEG ICODE:CODE:ROOT(2) 改为RSEG INTVEC:CODE:ROOT(2) 把异常向量表定位在0x00至0x3f.

异常向量表的末端添加语句RSEG ICODE:CODE:ROOT(2) 把启动代码定位在CODE段.

 用户应用项目需要修改at91SAM7S256_NoRemap.xcl文件中

-DROMSTART1=00 中断向量表及启动代码起始位置

-DROMEND1=7FF 中断向量表及启动代码结束位置

-DROMSTART2=1600 目标程序起始位置

-DROMEND2=3FFFF 目标程序结束位置

CODE, ICODE CONST 的定位同样需要相应的修改。以避免和Boot-Loader 地址重叠。

2 Boot-Loader 的实现

2.1 Boot-Loader 的启动

上电复位后,PC指针首先指向Boot-Loader,Boot-Loader首先初始化IO口,然后判断用户有无按下启动Boot-Loader的按键。如果该键没有被按下,同时Flash内有用户代码,则跳到用户程序入口。下面代码是用汇编写用户入口子程序。

PUBLIC EnterUser

CODE16

EnterUser:

ldr r1, = 0x15fc ; 0x15fc 保存用户入口地址

ldr r0, [r1,#0]

bx r0

如果用户在上电时有按下该键,则运行Boot-Loader 的主循环。

2.2 USB 驱动

USB驱动采用HID类以省下开发驱动程序的需要.HID的报表采用如下结构:

const char LoaderDescriptor[] = {

0x06, 0xA0, 0xFF, // 厂家定义用途

0x09, 0x01, // 厂家定义用途

0xA1, 0x01, // 报表集合:应用

// The Input report

0x09, 0x03, // 厂家定义的报表ID

0x15, 0x00, // 逻辑最小值 (0)

0x26, 0xFF, 0x00, // 逻辑最大值(255)

0x75, 0x08, // 报表位宽(8 位)

0x95, 0x03, // 报表长度(3 )

0x81, 0x02, // 输入报表

// The Output report

0x09, 0x04, // 厂家定义的报表ID

0x15, 0x00, // 逻辑最小值 (0)

0x26, 0xFF, 0x00, // 逻辑最大值 (255)

0x75, 0x08, // 报表位宽

0x96, 0x04, 0x01, // 报表长度(260 字节)

0x91, 0x02, // 输出报表

0xC0}; // 集合结束

这样PC下传的数据报大小是260B,其中第一字节为写命令,第二,第三字节是用户固件的页地址(用户固件需编译为二进制文件*.bin).接下来是256字节的固件数据。

2.3 Flash 的操作

把所有操作Flash的函数定义在RAM空间,例如:

__ramfunc int CFlash::Erase_All(void)

因为SAM7Sxx系列的Flash采用单层结构,不允许程序在Flash上运行的同时改写Flash的内容, 所以要将操作Flash的程序放在RAM中运行.

2.4 数据包的处理

第一个数据包包含用户启动代码和异常向量表。Boot-Loader需要修改复位向量,并保存用户入口地址(伪代码如下)

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

}

收到结束指令后需要设置完成标志(伪代码如下):

if (Command == END_OF_TASK) {

Write last page into Flash

Reset unfinished flag

Calculate checksum and return to PC

}

如果页地址与boot-loader 重叠,则不进行写操作,仅返成功标志给PC:

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

ret = true ;

break ;

}

3 PC端下载软件的实现简介

下面是标准的PC端操作流程:

- 获得USB HID 类GUID

- 获得所有HID设备结构数组

- 根据VID PID 获得设备信息

- 打开设备句柄

- 与Boot-Loader 进行通讯

以上操作步骤在Windows, MacOS, Linux 中都是通用的,读者可以在参考文献3找到关于PC端程序实现的具体方法。


图 Boot-loader 在Flash中的位置(以SAM7S256为例)

4 结论

本文介绍的实现方法简化了AT91SAM7Sxx系列用户程序升级过程。HID类的USB接口增加了产品跨平台应用的灵活性。笔者测试下载25K代码约2秒钟,具有一定实用价值。

参考文献

[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

李隆庆

希尔思仪表(深圳)有限公司

关键字:系列  设计

编辑:eeleader 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2011/0225/article_4923.html
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