一種對F240系統(tǒng)實現(xiàn)在線編程的方法研究

摘 要：提出一種通過RS-232總線對F240系統(tǒng)實現(xiàn)在線編程的方法，解決了早期軟件升級時需要將F240仿真器連接至模塊內(nèi)的編程連接器而需要將產(chǎn)品開蓋導致的操作不便問題。該方法已在某些航空機載遠程接口單元上得到應用，實踐結果表明該方法操作方便，軟件燒寫結果穩(wěn)定可靠，具有一定的工程應用價值。

關鍵詞：在線編程；DSP；FLASH存儲器；SRAM存儲器；軟件升級

中圖分類號：TP302.1" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2025）07-0056-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.07.014

0" " 引言

SMJ320F240HFPM為美國德州儀器（TI）公司生產(chǎn)的一款數(shù)字信號處理器，其功能強大，靈活性強，具有較快的計算和響應速度，因而廣泛應用于軍工產(chǎn)品中。F240片內(nèi)有16 kB的FLASH存儲器，用于用戶代碼的存放。產(chǎn)品交付用戶后，有時因為主機單位需求的變更或需對自身軟件進行完善，要對軟件進行升級。傳統(tǒng)的軟件升級方法為將F240仿真器連接在模塊內(nèi)的編程連接器上進行程序燒寫，因此在外場進行軟件升級時需將產(chǎn)品從飛機上拆下，將產(chǎn)品開蓋進行升級，操作起來很不方便，有時甚至會引起用戶不滿。并且F240的片內(nèi)FLASH存儲器容量有限，為16 kB，有時在軟件中增加一些功能后，會出現(xiàn)FLASH存儲器容量不足的問題。

為了解決上述問題，本文提出了一種基于F240的在線編程方法，設計專門用于程序燒寫的boot軟件，將其通過仿真器固化在F240片內(nèi)的FLASH存儲器中，這部分軟件通常不需要更改，將產(chǎn)品的應用軟件固化在F240片外的FLASH存儲器中，這樣，當需要對產(chǎn)品的應用軟件進行升級時，可以不用將產(chǎn)品開蓋，通過在產(chǎn)品上連接RS-232串口電纜即可實現(xiàn)應用軟件的在線升級，便于維護，并且由于F240片外的FLASH存儲器可以根據(jù)實際需要選擇容量更大的存儲器，因此可以解決應用軟件功能增加后導致F240片內(nèi)FLASH存儲器容量不足的問題。

1" " 硬件設計

某航空機載遠程接口單元為實現(xiàn)通過RS-232串口進行在線編程，并解決軟件功能增加后出現(xiàn)的F240片內(nèi)FLASH容量不足問題，進行了設計更改。實現(xiàn)該遠程接口單元在線編程的硬件系統(tǒng)包括F240、時鐘、SRAM存儲器、FLASH存儲器、可編程邏輯器件、RS-232信號收發(fā)器等，其原理框圖如圖1所示。

其中，F(xiàn)240、時鐘、可編程邏輯器件、RS-232電路可沿用該遠程接口單元之前的硬件設計，F(xiàn)LASH存儲器是為了實現(xiàn)在線編程新增的元器件，SRAM存儲器是為了實現(xiàn)在線編程更換的元器件。更換SRAM存儲器是由于在進行軟件調(diào)試時需將軟件加載到SRAM存儲器中，且在生成串口燒寫的文件時，需要將軟件先加載至SRAM存儲器中生成.dat文件，因此軟件的大小除了受到FLASH存儲器容量的限制，也受到SRAM存儲器容量的限制。在某遠程接口單元中，原來選用了2片容量為32k×8 B的SRAM，即2片總容量為32k×16 B，更改后將2片SRAM存儲器更換成1片容量更大的SRAM存儲器。

1.1" " 處理器和時鐘

處理器采用美國TI公司推出的一款高性能低功耗的16位定點數(shù)字信號處理器——SMJ320F240HFPM，該處理器具有高速、低功耗、工作溫度為-55～+125 ℃等特點，產(chǎn)品最高頻率可達20 MHz，運算處理能力為20 MIPS。其主要特征如下：

1）采用高性能靜態(tài)COMS工藝，四種低功耗操作模式可進一步節(jié)電。

2）具有544 B片內(nèi)數(shù)據(jù)/程序DARAM，16 kB FLASH EEPROM程序存儲器[1]，共計224 kB的存儲空間（包括64 kB的程序存儲空間、64 kB的局部數(shù)據(jù)存儲空間、64 kB的I/O訪問空間及32 kB的局部數(shù)據(jù)存儲空間）。采用先進的哈佛結構，它通過保持兩組分離的存儲器總線結構（程序和數(shù)據(jù)）實現(xiàn)全速執(zhí)行，使處理能力最大。

3）4級流水線、8級硬件堆棧、6個外部中斷[2]。

4）片上集成事件管理器、ADC、28個可編程復用I/O引腳、鎖相環(huán)（PLL）時鐘發(fā)生器、具有實時中斷的看門狗電路、串行通信接口（SCI）、串行外設接口（SPI）等功能外設。

5）處理器的輸入時鐘由外部晶振提供，通過F240片內(nèi)鎖相環(huán)時鐘模塊（PLL）生成CPUCLK，CPUCLK再輸入至可編程邏輯器件中，作為可編程邏輯器件的時鐘信號。

F240程序存儲器映射如圖2所示，圖中MP/MC為微處理器/微計算機方式的選擇管腳。當MP/MC為低電平時，F(xiàn)240被配置為微計算機方式，選用片內(nèi)程序存儲器；當MP/MC為高電平時，F(xiàn)240被配置為微處理器方式，選用片外程序存儲器。

1.2" " SRAM存儲器

SRAM存儲器采用了1片國微公司的某型SRAM芯片，訪問時間為20 ns，存儲容量為256 kB。

SRAM芯片的數(shù)據(jù)輸入/輸出I/O0～I/O15管腳通過總線驅動器連接至F240的并行數(shù)據(jù)總線D0～D15管腳，地址輸入A0～A15管腳通過總線驅動器連接至F240的并行地址總線A0～A15管腳，部分地址輸入管腳連接至可編程邏輯器件中用于實現(xiàn)地址譯碼。SRAM的片選信號CE#、寫使能信號WE#、輸出使能信號OE#和高低位使能信號BHE#、BLE#連接至可編程邏輯器件的I/O管腳，由邏輯進行控制。

1.3" " FLASH存儲器

FLASH存儲器采用了1片復旦微電子的某型FLASH芯片，存儲容量為16 MB，位寬為32位，訪問時間為70 ns，常溫擦寫次數(shù)為1萬次。

FLASH芯片的數(shù)據(jù)輸入/輸出I/O0～I/O15管腳通過總線驅動器連接至F240的并行數(shù)據(jù)總線D0～D15管腳，地址輸入A0～A15管腳通過總線驅動器連接至F240的并行地址總線A0～A15管腳，部分地址輸入管腳連接至可編程邏輯器件中用于實現(xiàn)地址譯碼。FLASH的片選使能管腳CE1#～CE4#、芯片寫使能管腳WE1#～WE4#、公共輸出使能管腳OE#連接至可編程邏輯器件的I/O管腳，由邏輯進行控制。

2" " boot軟件設計

2.1" " 工作方式選擇

遠程接口單元系統(tǒng)有兩種運行方式：周期監(jiān)控狀態(tài)、調(diào)試維護狀態(tài)。根據(jù)外部離散量信號（GSE開關、IP1開關）決定運行哪種工作方式。周期監(jiān)控狀態(tài)運行方式滿足用戶全部功能、性能要求；調(diào)試維護狀態(tài)必須在地面進行，主要目的是實現(xiàn)遠程接口單元軟件的在板編程及數(shù)據(jù)下載。遠程接口單元上電后，首先檢測GSE開關、IP1開關的狀態(tài)，并根據(jù)二者狀態(tài)進入相應的工作方式。

遠程接口單元工作方式定義如表1所示。

GSE和IP1均為“地/開”離散量輸入信號，“開”時為1，“地”時為0。

當GSE=1時，則不再檢測IP1的狀態(tài)，進入周期監(jiān)控狀態(tài)，此時跳轉至程序空間地址入口0x4000，執(zhí)行應用軟件。

當GSE=0時，繼續(xù)檢測IP1的狀態(tài)：

1）若IP1=0，進入數(shù)據(jù)下載狀態(tài)，該狀態(tài)用于下載記錄在RIU內(nèi)部的數(shù)據(jù)信息，這些數(shù)據(jù)信息可用來進行故障排查。

2）若IP1=1，進入在板編程狀態(tài)，該狀態(tài)用于應用軟件的在線升級。

2.2" " 擦除

由于FLASH存儲器的寫操作只能將1變?yōu)?，而不能將0變?yōu)?，只有擦除操作可以把0變?yōu)?[3]，因此如果要改變存儲單元的狀態(tài)，必須先將其擦除，將所有位都寫為1，然后再進行寫入操作。擦除操作可以擦除一個扇區(qū)或整個芯片，本文介紹的方法采用扇區(qū)擦除。所用FLASH的擦除操作需要通過執(zhí)行相應的命令序列[4]實現(xiàn)，命令序列定義如表2所示。

2.3" " 編程

從RS-232串口接收數(shù)據(jù)，并進行校驗和檢查，檢查接收的編程起始地址和編程長度是否滿足要求，如滿足要求，則將從串口接收的字符以塊的方式寫入到FLASH中，并進行校驗和檢查。器件的編程同樣需要通過執(zhí)行相應的命令序列實現(xiàn)，命令序列定義如表2所示。

3" " 具體實現(xiàn)方法

3.1" " 燒寫文件的生成方法

使用TI公司的CC2000集成開發(fā)環(huán)境編譯生成的.out文件不能直接通過串口進行燒寫，需將.out文件轉換成可直接通過串口燒寫的.bin文件[5]。燒寫文件的生成方法如下：

1）在調(diào)試狀態(tài)下（MP/MC信號為高電平），給產(chǎn)品加電，打開CC2000開發(fā)環(huán)境，將程序加載至SRAM中。

2）點擊“File/data/save”，對話框的文件名中將出現(xiàn)“.dat”，保存類型將出現(xiàn)“Hex（*.dat）”，點“保存”，出現(xiàn)“Storing Memory into...”對話框，在Address框中輸入編程起始地址0x4000，在Length框中輸入編程長度0x7FFF，在Page框中選Program，如圖3所示，點“OK”，當進度條結束后，則生成.dat文件，生成.dat文件后可下電。

3）在flashdsp.exe程序中，點擊“UTILITY”，點“打開”，選擇要轉換的.dat文件，點“確定”，則生成.bin文件。

3.2" " 程序燒寫方法

通過RS-232串口進行程序燒寫的方法如下：

1）連接燒程序的串口電纜，接入串口，將GSE開關撥到“0”，IP1開關撥到“1”。

2）打開串口調(diào)試程序，設置波特率及校驗位。

3）給產(chǎn)品上電，串口會提示是否進行編程（圖4），如確認進行編程則輸入“y”，并按回車，接下來會自動將FLASH中的0x4000～0xBFFF空間進行擦除，擦除成功后，關閉該串口調(diào)試程序。

4）打開flashport.exe后，點擊“SETPORT”，在下拉菜單中選擇“PORT PROP”。設置端口號及波特率，設置完成后點擊“OK”回到主界面（圖5）。

5）點擊主界面上的SEND DATA，出現(xiàn)“Form1”窗口，點擊“OPEN”選擇要燒入的.bin文件，在PROG_ADDR框中輸入編程起始地址，點擊“SEND DATA”開始燒入程序（圖6）。

6）燒寫成功完成后，會顯示“PROGRAM OK?。　贝翱?，點擊“確定”（圖7），則程序燒寫完畢，給產(chǎn)品下電。

4" " 結束語

本文介紹了一種在地面狀態(tài)下對F240系統(tǒng)實現(xiàn)在線編程的方法，該方法已在大量產(chǎn)品中實現(xiàn)了成功應用，表明該方法可靠性高、簡單實用、操作便捷，可大大提高這些產(chǎn)品的可維護性和擴展性，為機載計算機F240系統(tǒng)的在線升級提供了一種有效的解決方案。

[參考文獻]

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[3] 王歡，林志貴，張彩霞，等.DSC系列Flash在線編程研究與實現(xiàn)[J].天津工業(yè)大學學報，2012，31（5）：84-88.

[4] 崔迎煒，張曉林.利用DSP實現(xiàn)FLASH的在線編程[J].遙測遙控，2002，23（6）：33-36.

[5] 劉政華，常培平.RS422總線的TMS320F2812軟件在線加載方法[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2019，19（5）：63-66.

收稿日期：2024-12-24

作者簡介：艾莉（1982—），女，陜西西安人，高級工程師，研究方向：機載計算機技術。