塞拉門系統(tǒng)在應(yīng)用技術(shù)編程方法實現(xiàn)?

湯凱豐 趙德安 華明公

（1.江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院 鎮(zhèn)江 212013）（2.今創(chuàng)集團股份有限公司 常州 213011）

1 引言

塞拉門作為旅客上下列車的通道，因為操作頻繁、數(shù)量較多而成為動車上至關(guān)重要的部件［1］。為保證整個門控單元的安全可靠，需要選擇性能較強的處理器。

DSP28335是TI公司推出的一款主頻高達150MHZ的32位浮點型處理器，該芯片內(nèi)部資源豐富，數(shù)據(jù)存儲量大，精度高，能夠快速執(zhí)行中斷響應(yīng)，實現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)學(xué)算法，廣泛用于工業(yè)控制、軍事安全等領(lǐng)域。因此選擇DSP28335作為門控制單元的處理器，可滿足列車運行的惡劣環(huán)境。

隨著技術(shù)的發(fā)展和客戶的需求，對塞拉門門控器軟件的維護和更新越來越頻繁。通常程序員更新程序時，先將仿真器連接至電路板JTAG口，再使用編譯工具燒寫程序［2］。但是直接連接仿真器更新程序，在列車現(xiàn)場復(fù)雜的工作環(huán)境中難以實現(xiàn)，因此燒寫程序時需要采用單片機其他通信接口。在應(yīng)用編程（IAP）技術(shù)則為該問題提供了解決方案，為現(xiàn)場程序升級帶來極大的靈活性［3］。

2 應(yīng)用程序更新實現(xiàn)

列車的每一節(jié)車廂設(shè)置有一個主門控器和三個從門控器，主門控器通過CAN總線與從門控器進行通信［4］。上位機通過主門控器將命令發(fā)送給各個從門控器，各個從門控器通過主門控器將本地信息反饋給上位機。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)框圖

當(dāng)只需更新某一扇門控器的程序時，在上位機中選擇相對應(yīng)的門控器地址。若只需要更新主門控器，主門控器解析代碼文件后，立刻開始更新程序；若只需要更新其中一個從門控器，該從控器將“準(zhǔn)備就緒”命令反饋給主門控器后，主門控器接收到命令后將代碼文件解析，并按照協(xié)議打包發(fā)送給該從門控器。接收端對每幀數(shù)據(jù)都會進行校驗，若主門控器沒有收到校驗正確應(yīng)答幀，則重新發(fā)送該幀數(shù)據(jù)，超過三次則終止該門控器程序升級并在上位機中顯示“傳輸失敗”。當(dāng)從門控器將所有數(shù)據(jù)接收完畢后，開始自動更新程序。

若需要更新所有門控器的程序，主門控器將代碼文件解析，然后依次將數(shù)據(jù)打包發(fā)送給從門控器1、從門控器2、從門控器3。若某一個門控器接受數(shù)據(jù)失敗，主門控器將繼續(xù)對下一個門控器發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)每一個從門控器接收完所有正確數(shù)據(jù)后，開始自動更新程序。主門控器完成對所有門控器數(shù)據(jù)傳輸后，自身開始更新程序。每一扇門更新成功后，都通過主門控器將更新成功的信息反饋給上位機。程序更新流程圖如圖2所示。

圖2 程序更新流程圖

根據(jù)要求，數(shù)據(jù)傳輸采用帶XOR校驗的通信協(xié)議。升級過程中，數(shù)據(jù)傳輸發(fā)送幀格式如圖3所示、接收幀格式如圖4所示。

圖3 發(fā)送幀結(jié)構(gòu)

圖4 接收幀結(jié)構(gòu)

3 PI功能函數(shù)的介紹

實現(xiàn)DSP28335在應(yīng)用編程，即實現(xiàn)FLASH的擦除、編程和校驗，需要利用應(yīng)用程序編程接口文件（API）［5］中相關(guān)函數(shù)。

3.1 擦除函數(shù)Erase（）

該函數(shù)可以完成對FLASH的擦除操作。該操作每次只能針對FLASH的一個或幾個扇區(qū)，而不是其中的某一位。OTP單元一旦被編譯，它將無法再被擦除。

3.2 編程函數(shù)Program（）

編程函數(shù)的作用是將應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)放入用戶指定的FLASH扇區(qū)或者OTP單元［6］。編程時只能將某一位從1變?yōu)?，為了保護FLASH和者OTP單元，在該位未被重新擦除的情況下將無法被重寫。

3.3 校驗函數(shù)Verify（）

該函數(shù)作用于編程結(jié)束之后，將FLASH中的數(shù)據(jù)和外擴RAM中的數(shù)據(jù)進行比較，確保數(shù)據(jù)被正確寫入FLASH中［7］。

4 API函數(shù)裝載

FLASH編程時會得到較高的工作電壓從而導(dǎo)致讀取不穩(wěn)定，故實現(xiàn)IAP功能還需要一個獨立存儲器［8］。API函數(shù)的調(diào)用有著嚴格的要求，它的裝載一般有三種方法：

方法1：通過JTAG將控制程序直接下載到片上RAM中。

方法2：通過SPI、SCI、I2C、eCAN中的任何一種BootLoader將控制程序從片外下載到片上RAM。

方法3：編程前將API函數(shù)復(fù)制到獨立的RAM中，然后在對FLASH進行操作。

該文采用方法3來裝載API函數(shù)。DSP上電初始化，運行原用戶代碼，并將FLASH API函數(shù)復(fù)制到片上RAM。上位機發(fā)送在線升級命令后，新的用戶代碼全部發(fā)送至外擴RAM，片上RAM中的FLASH API函數(shù)再被發(fā)送到外擴RAM上。系統(tǒng)調(diào)用外擴RAM的API函數(shù)和用戶程序?qū)LASH進行編程。在線編程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖5所示：

5 用戶代碼文件生成

編譯工具CCS對文件編譯和鏈接后會生成COFF格式文件［9］，詳細的COFF文件包含了文件頭、符號表、段地址、初始化段入口等信息［10］。該格式文件需要被轉(zhuǎn)換成可識別的數(shù)據(jù)格式才能被寫入FLASH中或者加載到RAM上。

圖5 在線編程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

BIN文件是按照“順序格式”表示的二進制代碼，該文件格式只包括純粹的二進制數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以被內(nèi)存識別。BIN格式文件通過FLASH中的讀寫函數(shù)寫入相應(yīng)位置，從而實現(xiàn)在線編程。

COFF格式文件可以通過hex2000.exe轉(zhuǎn)化成BIN格式文件，利用編寫的命令文件可以實現(xiàn)該文件的十六進制轉(zhuǎn)換［11］。將該命令文件保存到hex2000.exe所在的文件夾目錄，命名為code.cmd。命令文件編寫內(nèi)容為

-code.out//輸入文件

-image//指定模式

-memwidth 16//16位存儲器

-map code.map//創(chuàng)建映射文件，命名為code.map

-order MS//指定輸出文件為大模式

-b//生成BIN格式文件

-fill FFFFh//剩余空間填充指定內(nèi)容

ROMS｛

TEXT：org=0x00600000，len=0x80000，romwidth=16

files=｛code.bin｝｝//指定生成BIN格式文件名

6 現(xiàn)場應(yīng)用

針對塞拉門項目，設(shè)計了一個相應(yīng)的上位機軟件，實現(xiàn)了讀取數(shù)據(jù)、下載程序。上位機和門控器通過CAN網(wǎng)絡(luò)連接起來，打開上位機軟件，其下載程序界面如圖6所示。

圖6 上位機顯示界面

在右上角選擇所需更新程序的車門編號，ALL代表更新所有門控器。點擊更新應(yīng)用程序按鈕，選擇用戶程序文件，數(shù)據(jù)開始傳輸。程序更新的結(jié)果將在文本框里顯示，圖6所示四扇門中從門控器2更新失敗。查看網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)標(biāo)簽頁中的內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)該門控器離線，并不在CAN網(wǎng)絡(luò)中，做相應(yīng)檢查修復(fù)后，嘗試對從門控器2單獨更新一次程序，更新成功。

7 結(jié)語

本文介紹了利用在應(yīng)用編程技術(shù)實現(xiàn)基于DSP28335的塞拉門門控器遠程更新的方案，在實際項目工程中的應(yīng)用結(jié)果表明列車復(fù)雜的環(huán)境下該方案正確可行，省去了拆罩板、連接下載器等其他工作的時間。