基于LPC1763的IAP在線升級(jí)方法

趙善國(guó) 鄒啟紅 王開明

摘要：本文介紹了基于LPC1763的IAP在線升級(jí)方法，從IAP編程原理入手，通過外擴(kuò)128K磁電存儲(chǔ)器（MRAM），將在線升級(jí)分為新程序接收和程序更新執(zhí)行兩個(gè)階段，著重介紹了IAP執(zhí)行過程。通過各階段的防誤碼設(shè)計(jì)，提高了IAP升級(jí)過程的可靠性。

關(guān)鍵詞：IAP；LPC1763；MRAM

引言

對(duì)于嵌入式產(chǎn)品，在應(yīng)用編程（IAP）指在不影響產(chǎn)品正常運(yùn)行的情況下實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的更新。許多ARM芯片都提供該操作接口，相對(duì)于在系統(tǒng)編程（ISP）方式，具有方便靈活且不需要借助專用Boot 裝載程序或工具的特點(diǎn)，而且在不影響嵌入式產(chǎn)品正常運(yùn)行的情況下即可完成應(yīng)用程序的動(dòng)態(tài)升級(jí)。

本文以NXP公司LPC1763（ARM Cortex-M3內(nèi)核）微控制器為平臺(tái)，當(dāng)在線升級(jí)時(shí)，首先將更新數(shù)據(jù)包暫存在外擴(kuò)的128KB磁電存儲(chǔ)器（MRAM）中，再通過IAP服務(wù)程序?qū)⒏聰?shù)據(jù)包燒寫至片內(nèi)Flash區(qū)，實(shí)現(xiàn)在線升級(jí)功能。

1.IAP編程原理

Boot裝載程序是ARM 芯片出廠時(shí)固化在內(nèi)部的一段代碼，它控制芯片復(fù)位后的初始化操作。支持IAP功能芯片的Boot裝載程序中包含了IAP代碼。LPC1700系列的Boot裝載程序在出廠時(shí)固化在地址0x1FFF 0000到0x1FFF 1FFF的8KB范圍內(nèi)，這8KB稱為Boot Block。IAP代碼入口位于Boot Block中的0x1FFF 1FF0地址。當(dāng)需要進(jìn)行IAP時(shí)，Boot Block空間被重映射到芯片最低地址0x00000000處。

用戶調(diào)用IAP對(duì)片內(nèi)Flash操作的過程：首先是在用戶代碼中初始化IAP入口指針地址，然后通過調(diào)用Boot Block中的IAP代碼對(duì)片內(nèi)Flash進(jìn)行擦除或?qū)懭氩僮鳌Ｓ捎贗AP 代碼位于Boot 區(qū)內(nèi)，所以IAP 命令不允許對(duì)Boot扇區(qū)執(zhí)行寫/擦除操作。

復(fù)位后中斷向量被激活，跳轉(zhuǎn)到Boot Block 裝載程序的IAP入口。IAP 程序?yàn)門humb代碼，位于地址0x1FFF 1FF0。

2.LPC1763 IAP在線升級(jí)方案

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

IAP在線升級(jí)系統(tǒng)除LPC1763外，還包含1片MR25H10磁電存儲(chǔ)器（MRAM）和1個(gè)RS232串口。MR25H10是Everspin公司推出的128KB串行MRAM，兼容串行EEPROM和串行Flash的讀/寫時(shí)序。它與LPC1763采用SPI總線方式通信，用以存儲(chǔ)程序更新標(biāo)志和接收到的更新數(shù)據(jù)包。RS232串口用來與Zigbee無線模塊通信，接收上位機(jī)遠(yuǎn)程下發(fā)的更新數(shù)據(jù)包。

2.2在線升級(jí)流程

在線升級(jí)過程大體可分為兩個(gè)階段：

第一階段為新程序接收階段，用戶程序接收到啟動(dòng)更新命令幀，LPC1763通過串口依報(bào)文幀號(hào)，順序接收更新數(shù)據(jù)包，并將該更新數(shù)據(jù)同步存儲(chǔ)至外擴(kuò)的128K MRAM區(qū)，直至接收到結(jié)束更新命令包。當(dāng)全部數(shù)據(jù)幀正確接收完成后，置程序更新標(biāo)志，復(fù)位系統(tǒng)。

第二階段為程序更新執(zhí)行階段，系統(tǒng)復(fù)位后系統(tǒng)進(jìn)入IAP服務(wù)程序入口，服務(wù)程序檢測(cè)程序更新標(biāo)志是否有效，若有效則從MRAM取出相應(yīng)更新數(shù)據(jù)包，通過IAP命令按扇區(qū)將其寫入片內(nèi)Flash區(qū)。當(dāng)所有更新數(shù)據(jù)包燒寫完畢，清除程序更新標(biāo)志，系統(tǒng)復(fù)位，程序指針從0x00000000地址執(zhí)行更新后的程序。

2.3系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)分配及程序流程

為確保整個(gè)在線升級(jí)過程可靠，用戶程序?qū)⒔邮盏降母聰?shù)據(jù)包先暫存至外部128K MRAM的45.2KB空間，地址從0xE000開始。

IAP服務(wù)程序入口處于256K片內(nèi)Flash區(qū)，用于當(dāng)程序更新標(biāo)志置位時(shí)，跳轉(zhuǎn)至IAP服務(wù)程序。通過編譯器將IAP服務(wù)程序配置于LPC1763 16KB AHB SRAM1區(qū)，用于調(diào)用Boot Block中的IAP代碼對(duì)片內(nèi)FLASH 進(jìn)行擦除或?qū)懭氲牟僮鳌?/p>

IAP執(zhí)行過程從新程序接收完成，系統(tǒng)復(fù)位開始。在執(zhí)行完系統(tǒng)硬件初始化和外擴(kuò)MRAM初始化后，進(jìn)入IAP服務(wù)程序入口。通過判斷程序更新標(biāo)志后，讀取更新數(shù)據(jù)包總包數(shù)，跳轉(zhuǎn)至SRAM區(qū)中的IAP服務(wù)程序，見圖1中編號(hào)1箭頭。

IAP服務(wù)程序初始化IAP程序函數(shù)指針I(yè)AP_Entry，調(diào)用Boot Block中的IAP程序執(zhí)行片內(nèi)Flash擦除和燒寫，見圖1中編號(hào)2箭頭。IAP指令大部分是以扇區(qū)為單位，LPC1763的0～15扇區(qū)為64KB，單個(gè)扇區(qū)規(guī)格為4KB，16～21扇區(qū)為192KB，單個(gè)扇區(qū)規(guī)格為32KB。用戶程序存放在0～11扇區(qū)48KB區(qū)域內(nèi)，因此IAP執(zhí)行對(duì)0～11扇區(qū)的擦除指令。IAP指令中將RAM內(nèi)容復(fù)制到Flash指令要求Flash地址邊界為256B，特規(guī)定512B為Flash單次寫入字節(jié)數(shù)。SRAM1中分配512B用于暫存更新數(shù)據(jù)包，IAP服務(wù)程序一次從MRAM中讀取512B數(shù)據(jù)至該RAM區(qū)，見圖1中編號(hào)3箭頭。IAP服務(wù)程序逐次將RAM中512B更新數(shù)據(jù)寫入至Flash 0～11扇區(qū)，見圖1中編號(hào)4箭頭。待全部更新數(shù)據(jù)寫入Flash后，清除程序更新標(biāo)志，系統(tǒng)復(fù)位，程序指針從0x00000000地址開始執(zhí)行新程序。

2.4防誤碼設(shè)計(jì)

由于數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤將帶來系統(tǒng)癱瘓的風(fēng)險(xiǎn)，因此設(shè)計(jì)了如下升級(jí)防誤碼手段：

在新程序接收階段，發(fā)送方在發(fā)送單包的最后2位增加CRC16校驗(yàn)位，LPC1763接收到該包數(shù)據(jù)后對(duì)除最后2位外的數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC16校驗(yàn)，并與接收包中的校驗(yàn)位進(jìn)行比對(duì)，如一致則返回正確應(yīng)答，將該包含校驗(yàn)位存儲(chǔ)至MRAM中，從而保證通信數(shù)據(jù)的可靠性。

在程序更新執(zhí)行階段，LPC1763將更新包從MRAM讀取到SRAM過程中，同樣對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC16校驗(yàn)，也與MRAM中存儲(chǔ)的校驗(yàn)位進(jìn)行比對(duì)，確保讀取數(shù)據(jù)有效。

3.結(jié)論

本文在基于LPC1763微控制器的平臺(tái)上，提出了一種通過外擴(kuò)MRAM方式實(shí)現(xiàn)IAP在線升級(jí)的解決方法，新程序接收及燒寫階段經(jīng)過防誤碼處理，確保了升級(jí)的可靠性，避免了由于程序失效，導(dǎo)致的系統(tǒng)無崩潰的風(fēng)險(xiǎn)。該方法在不影響產(chǎn)品正常運(yùn)行情況下，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定、可靠的在線升級(jí)方法。

參考文獻(xiàn)

[1]深入淺出Cortex-M3——LPC1700，周立功等，2010，廣州致遠(yuǎn)電子有限公司

[2]基于ARM處理器的IAP設(shè)計(jì)及應(yīng)用，許文杰，丁志剛，張泉，2009，3，計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件

（作者單位：貴州航天凱山石油儀器有限公司）