基于具有IAP功能的ARM7芯片LPC2132的程序在線更新

　　ARM處理器是一種高性能、低成本、低功耗的RISC微處理器，是目前最為流行的微處理器之一。ARM7作為ARM微處理器系列中的一員，廣泛應用于工業(yè)控制、網(wǎng)絡應用、消費電子和安全產(chǎn)品等。實際應用中往往需要對產(chǎn)品的程序進行升級以提升性能或消除缺陷，如何對已經(jīng)投入使用的產(chǎn)品進行方便可靠的程序在線升級，是產(chǎn)品設計初期必須考慮的問題。盡管目前絕大多數(shù)基于Flash結構的ARM7芯片具備ISP功能，但是這需要特定的燒寫軟件支持和專業(yè)人員操作。燒寫軟件由芯片廠商提供，不便于集成到產(chǎn)品的主機端軟件中。在產(chǎn)品軟件功能中添加簡單易用的程序升級功能十分必要，文中以NXP公司的ARM7芯片LPC2132為例，為具有IAP功能的ARM7芯片提出一個穩(wěn)定的在線升級方案。

　　1 IAP功能介紹

　　在應用編程IAP(In-Application Programming)是應用在Flash程序存儲器的一種編程模式。它可以在應用程序正常運行的情況下，通過調用特定的IAP程序對另外一段程序Flash空間進行讀/寫操作，甚至可以控制對某段、某頁甚至某個字節(jié)的讀/寫操作，這為數(shù)據(jù)存儲和固件的現(xiàn)場升級帶來了更大的靈活性。LPC2132的IAP程序位于芯片的BootBlock中，芯片出廠時由廠家寫入，不可修改。IAP程序是Thumb代碼，位于地址0x7FFFFFFO(重映射后地址)處。IAP功能函數(shù)可以通過如下代碼方便的調用。

　　void(*IAP)(unsigned int parameter[]， un-signed int result[]);//定義函數(shù)指針變量IAP，//IAP指向的函數(shù)的參數(shù)為兩個unsinged int數(shù)組

　　IAP=(void(*)())0x7fff_fff1//設置函數(shù)指針，因為是Thumb代碼，地址最低位設定為1

　　unsigned int parameter_in;//通過設定parame-ter_in各成員的值，實現(xiàn)各種IAP功能

　　usingned int result_out;

　　(*IAP)(parameter_in，result_out);//調用特定功能的函數(shù)，執(zhí)行結果存入result_out中

　　//IAP的命令碼、狀態(tài)碼和命令。

　　2 程序更新流程

　　LPC2132有64 kB的Flash存儲器，16 kB的RAM。Flash分為8個扇區(qū)，每個扇區(qū)4 kB空間，整個Flash存儲器占用的地址空間為0x0000_0000-0x0000_ffff。為了實現(xiàn)用戶程序運行過程中的程序更新，可以設計一段特定的駐留代碼，專門用于接收來自主機新的代碼，將其燒寫到相應的Flash空間，完成后跳轉到新的代碼去執(zhí)行新的程序，用戶程序接收到來自主機的更新命令后跳轉到這段駐留代碼。駐留代碼通過串口接收命令，調用IAP函數(shù)燒寫Flash，代碼比較少，編譯生成的映像文件

　　(1)初始化串口，查詢接受緩沖區(qū)，檢測是否受到主機發(fā)來的4 bit數(shù)據(jù)包0x55 0xaa 0xff 0xff，其中前2 bit 0x55 0xaa為命令頭;第3 bit 0xff為命令，表示需要更新;第4 bit為命令和校驗。整個查詢過程持續(xù)100 ms，如果在100 ms內(nèi)沒有收到此命令包，跳到應用程序入口執(zhí)行舊程序，如收到該命令包，返回0xff，通知主機收到命令，執(zhí)行下一步;

　　(2)接受主機發(fā)來的數(shù)據(jù)包，其格式如表1所示。

　　將接收到的4 kB數(shù)據(jù)存入SRAM，接收的同時計算數(shù)據(jù)載荷的8位校驗和，對比校驗和，如果校驗和不對，給主機返回0x00表示接收不成功，主機會將當前包重發(fā)一遍;如果正確通過調用擦除IAP函數(shù)擦除當前需要寫入的扇區(qū)，再調用寫入IAP函數(shù)將RAM中的4 kB數(shù)據(jù)一次寫入對應的扇區(qū)(通過配置上面提到的IAP函數(shù)參數(shù)parameter_in實現(xiàn)擦除和寫入功能)，給主機返回0xff，表示操作成功;

　　(3)如果上一步接受的數(shù)據(jù)包中標識指定其為最后一包，在執(zhí)行步驟(2)寫入操作后，跳到0x0000_1000處，即用戶程序區(qū)，執(zhí)行新的用戶程序。通過下面的內(nèi)嵌匯編代碼可以十分方便的實現(xiàn)該跳轉功能。

　　相應的用戶程序設計時應該能從串口接收主機的命令，當接收到4 bit數(shù)據(jù)包0x55 0xaa 0xff0xff后跳轉到0x0000_0000處，執(zhí)行駐留代碼，由駐留代碼完成用戶程序的更新。用戶程序設計時加上該功能后，其余與普通代碼設計沒有區(qū)別。主機端軟件在用戶點擊更新程序后，讀取ARM7映像。bin文件，識別其大小，將其分成以4 kB字節(jié)為單位的若干段，按照上面與駐留代碼的通信協(xié)議，將映像文件給駐留代碼，并給用戶提示是否成功信息。

　　在ARM應用系統(tǒng)中軟件一般采用C語言進行編程，為了能進行系統(tǒng)初始化，通常會用一段匯編文件作為啟動代碼，實現(xiàn)異常向量表的定義，堆棧初始化、系統(tǒng)變量初始化、中斷系統(tǒng)初始化、I/O初始化、地址重映射等。ARM7的異常向量位于地址0x0000_0000開始的32 bit內(nèi)，當異常發(fā)生時程序從異常向量表取指令進行跳轉。異常向量表位于Flash的第一個4 kB空間，用戶程序運行時遇到異常時，也會到0x0000_0000開始的32 bit異常向量表中取出相應的指令。按照前面的設計，ADS編譯器會將用戶代碼異常向量表運行地址設為從0x0000_1000開始，為了能讓用戶程序實現(xiàn)正確的異常處理，駐留程序的啟動匯編代碼需要將相應的跳轉設為0x0000_1000開始的真正的用戶異常向量處，這樣駐留代碼不能使用中斷功能，實際上駐留代碼完全可以采用查詢方式進行串口通信。駐留程序的啟動匯編代碼示例如下：

　　AREA vectors，CODE，READONLY

　　ENTRY

　　CODE32

　　Reset

　　LDR PC，ResetInit;復位跳到駐留代碼初始化程序ResetInit

　　B 0x000010004;跳到用戶異常向量UndefinedAddr

　　B 0x000010008;跳到用戶異常向量SWI_Addr

　　B 0x00001000c;跳到用戶異常向量PrefetchAddr

　　B 0x000010010;跳到用戶異常向量DataAbortAddr

　　NOP

　　B 0x000010018;跳到用戶異常向量IRQ_Addr

　　B 0x00001001c;跳到用戶異常向量FIQ_Addr

　　ResetInit

　　3 注意事項

　　為了讓用戶代碼運行地址從0x0000_1000開始，在ADS的ARM Linker選項卡將RO Base設為0x0000_1000。因為處理器要切換到Thumb指令執(zhí)行IAP代碼，需要將ARM C Compiler下的ARMThumb Interwoking選項勾上。另外IAP函數(shù)使用了RAM空間的高32 bit空間，因此用戶程序不應該使用該空間，用戶堆棧棧頂要設定為小于RAM頂端地址減32。

　　4 結束語

　　實驗結果顯示按照上面的方法編寫的駐留程序，能夠穩(wěn)定的接受主機發(fā)來的新程序，并成功燒寫進Flash區(qū)，實現(xiàn)程序的更新。文中雖然以LPC2132為例實現(xiàn)，對于具有IAP功能的其他公司的ARM7芯片的在線程序更新也有借鑒意義。