通過I2C總線接口的MCU 固件升級方法

(珠海市光聯(lián)通訊技術(shù)有限公司 OMS/軟件組，珠海 519030)

引　言

嵌入式系統(tǒng)(Embedded system)是一種“完全嵌入受控器件內(nèi)部，為特定應(yīng)用而設(shè)計的專用計算機(jī)系統(tǒng)”，根據(jù)英國電氣工程師協(xié)會的定義，嵌入式系統(tǒng)為控制、監(jiān)視或輔助設(shè)備、機(jī)器或用于工廠運(yùn)作的設(shè)備。與個人計算機(jī)這樣的通用計算機(jī)系統(tǒng)不同，嵌入式系統(tǒng)通常執(zhí)行的是帶有特定要求的預(yù)先定義的任務(wù)。由于嵌入式系統(tǒng)只針對一項特殊的任務(wù)，設(shè)計人員能夠?qū)λM(jìn)行優(yōu)化，減小尺寸降低成本。

Linux是類Unix操作系統(tǒng)，是一個基于POSIX和UNIX的多用戶、多任務(wù)、支持多線程和多CPU的操作系統(tǒng)，用C語言寫成，符合POSIX標(biāo)準(zhǔn)的類Unix操作系統(tǒng)。

Linux是一款免費(fèi)的操作系統(tǒng)，用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)或其它途徑獲得，并可以任意修改其源代碼，這是其它的操作系統(tǒng)所做不到的。正是由于這一點(diǎn)，來自全世界的無數(shù)程序員參與了Linux的修改、編寫工作，程序員可以根據(jù)自己的興趣和靈感對其進(jìn)行改變，這讓Linux吸收了無數(shù)程序員的精華，不斷壯大。

Linux內(nèi)核的主要模塊(或組件)分為以下幾個部分：存儲管理、CPU和進(jìn)程管理、文件系統(tǒng)、設(shè)備管理和驅(qū)動、網(wǎng)絡(luò)通信，以及系統(tǒng)的初始化(引導(dǎo))、系統(tǒng)調(diào)用等。

本系統(tǒng)主機(jī)采用的是Linux嵌入式操作系統(tǒng)。

1　系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)由主機(jī)和從機(jī)構(gòu)成，主機(jī)采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)，從機(jī)為K20 MCU，主、從機(jī)之間采用I2C總線通信方式：

從機(jī)MCU型號是恩智浦MK20DN512ZVLL10-ND，自帶I2C總線接口和SCI接口(備用)，通過I2C總線接口與主機(jī)通信；通過SCI接口可與PC機(jī)通信。

2　系統(tǒng)硬件I2C總線部分原理圖

系統(tǒng)硬件I2C總線部分原理圖如圖1所示。

圖1　I2C部分原理圖

3　從機(jī)MCU firmware升級實(shí)現(xiàn)方法

從機(jī)MCU firmware升級主要有兩種方法：通過PC和通過主機(jī)。

方法一：通過PC，該方法在沒有主機(jī)的情況下大量使用，技術(shù)成熟，本文不做詳細(xì)描述。

從機(jī)利用備用的SCI接口，通過PC按XMODEM協(xié)議升級下載firmware成功，驗(yàn)證從機(jī)代碼和firmware升級包都正確。

升級包描述如下：

I2C從設(shè)備地址(1byte)FWDATA(6 bytes)0x20(1 byte)Data0……Data31

每包包長度為40個bytes=從設(shè)備地址+FWDATA的ASCII碼(不分大小寫)+0x20+Data0+……+Data31。

方法二：通過主機(jī)，系統(tǒng)主機(jī)通過I2C總線接口與從

機(jī)通信，在發(fā)送命令、接收數(shù)據(jù)等都正常的情況下，主機(jī)通過網(wǎng)頁界面、I2C總線通信對從機(jī)firmware升級，下載失敗，下面做詳細(xì)描述。

用示波器抓SDA波形，正確的和錯誤的SDA波形比較如下：

① 正常的波形是每個byte后跟ACK(即第9個SCK對應(yīng)的SDA為0)，正確波形如圖2所示。

② 從機(jī)接收升級數(shù)據(jù)包時，前8個bytes正常，每個byte后跟一個ACK，即Data0之前的地址、命令(FWDATA)等都正常，從Data0開始到Data31，不定某個位置開始出現(xiàn)NACK，直到stop前一直都是NACK，錯誤波形如圖3所示。

圖2　正確波形

圖3　錯誤波形

下面對升級失敗原因進(jìn)行分析：

① 對不同主、從機(jī)I2C總線升級結(jié)果及波形對比結(jié)果如下：

主機(jī)S3C2440主機(jī)XA9S12從機(jī)DSP升級OK,波形如圖4-----------從機(jī)K20升級NO,波形同DSP升級OK,波形如圖5

②兩種升級成功的SDA波形比較及有關(guān)參數(shù)如圖4、圖5所示。

所采用的改進(jìn)措施和改進(jìn)結(jié)果比較如下：

① 改硬件上拉電阻，無效，方法如下：去掉從機(jī)I2C

總線上拉電阻(圖1的R24和R25)，波形無改善，升級不成功；去掉從機(jī)I2C總線上拉電阻(圖1的R24和R25)，并且短路圖1的U4芯片，波形無改善，升級不成功。

② I2C總線 通信速度由400 kHz降為100 kHz，升級不成功。

③ 配置主機(jī)SDA延遲時間(即SDA hold時間)由5clocks改為0，升級通過，但SDA建立時間仍為80 ns，SDA hold時間由200 ns變?yōu)?00 ns，波形如圖6、圖7所示。

圖4　S3C2440&&DSP(SDA建立時間為80 ns)

圖5　XA9S12&&K20(SDA建立時間為460 ns)

圖6　SDA延遲5clocks(SDA hold時間為200 ns)

④ 增加SDA建立時間，修改后SDA建立時間由80 ns增加到180 ns，滿足I2C總線 datasheet要求，針對上述第3條兩種配置，升級都成功。

參考s3c2440A白皮書(圖8)以及K20 白皮書(圖9)。

圖7　SDA延遲0clocks(SDA hold時間為100 ns)

圖8　s3c2440A白皮書部分

圖9　K20白皮書部分

主機(jī)代碼做了如下修改，升級成功，I2C總線接口時序符合標(biāo)準(zhǔn)：

① 修改函數(shù)static int i2s_s3c_irq_nextbyte(struct s3c24xx_i2c *i2c, unsigned long iicstat)，增加ndelay(1);//等待建立時間

② 增加ndelay(5)后，SDA建立時間為580 ns，波形如圖10所示。

結(jié)　語

圖10　增加ndelay(5)后波形圖