劉瑞
(中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊050081)
摘要：針對通過JTAG接口在外場升級DSP困難的問題，研究了一套基于CAN總線的遠(yuǎn)程升級方法。首先對DSP芯片TMS320F28335的硬件資源和啟動過程進(jìn)行了簡要介紹和分析，接著說明了該方法的基本原理并提出了具體實(shí)現(xiàn)過程，最后通過工程證明該方法簡便可靠，并對前景進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞：DSP；TMS320F28335；CAN總線；遠(yuǎn)程升級
0引言
數(shù)字信號處理器（Digital Signal Processor，DSP）是一種在數(shù)字信號處理技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的微處理器，其主要應(yīng)用是實(shí)時快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。美國德州儀器公司（Texas Instruments，TI）是目前世界上最大的DSP芯片供應(yīng)商，其產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、移動通信、軍事安全等領(lǐng)域。近年來隨著電子技術(shù)的發(fā)展和用戶需求的提升，對已投入使用的DSP設(shè)備的升級越來越頻繁，傳統(tǒng)的升級方法是取下設(shè)備通過JTAG仿真器來在線更新程序［1］。該方式簡單方便，但當(dāng)DSP安裝于諸如密封、遠(yuǎn)程、高空等難以拆卸的設(shè)備中時，就十分不便，因此開發(fā)高效便捷的遠(yuǎn)程升級技術(shù)迫在眉睫。鑒于伺服系統(tǒng)大多使用CAN總線通信，本文研發(fā)了一套基于CAN總線的遠(yuǎn)程升級系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于基于TMS320F28335的伺服控制系統(tǒng)中。
1TMS320F28335簡介及其啟動過程
TMS320F28335是TI公司推出的一款具有強(qiáng)大的控制和信號處理能力的32位浮點(diǎn)型信號處理器，其主頻高達(dá)150 MHz，片上集成了256 KB的Flash存儲器，34 KB的SARAM，8 KB的Boot ROM，1 KB的OTP ROM以及CAN接口、串口、并口等多種先進(jìn)的外設(shè)接口［2］。
在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前,首先要了解TMS320F28335上電復(fù)位后的運(yùn)行過程。該款DSP在出廠前就由廠家固化了一段程序，當(dāng)系統(tǒng)上電復(fù)位后，固化程序會從中斷向量表中讀取復(fù)位中斷的中斷向量0x3FFFC0，并跳轉(zhuǎn)到該地址處開始執(zhí)行。此處為廠家在Boot ROM中的固化程序，其作用主要是完成對芯片的初始化，并調(diào)用模式選擇函數(shù)SelectBootMode，該函數(shù)通過讀取固定GPIO管腳的邏輯電平來確定引導(dǎo)類型，默認(rèn)選擇類型為Jump to Flash，即片上Flash引導(dǎo)模式。程序隨后轉(zhuǎn)向片上Flash中的0x33FFF6處開始執(zhí)行，用戶需要將編寫好的程序燒寫在0x33FFF6起始地址處，如圖1所示［3］。
2遠(yuǎn)程升級基本原理
基于CAN總線的遠(yuǎn)程升級方法主要涉及三個程序，分別是底層程序、上位機(jī)程序和應(yīng)用程序。底層程序和上位機(jī)程序是固定不變的，是遠(yuǎn)程升級系統(tǒng)的組成部分，應(yīng)用程序是DSP使用者編寫的用以完成特定功能的代碼。遠(yuǎn)程升級的實(shí)質(zhì)是通過“程序”來燒寫“程序”，即使用底層程序來燒寫應(yīng)用程序。相比其他諸多遠(yuǎn)程升級系統(tǒng)，該方法的好處在于升級過程中不需要改變DSP的啟動方式，直接采用默認(rèn)的片上Flash啟動方式即可。
底層程序是指運(yùn)行于DSP指定空間、對編程用戶保護(hù)的、不允許被修改或擦除的一段代碼。其主要作用有以下三個方面：（1）對DSP的工作環(huán)境和CAN接口進(jìn)行基本的初始化；（2）與上位機(jī)通信，接收上位機(jī)發(fā)來的待升級應(yīng)用程序和程序存儲地址等信息，并將程序?qū)懭胫付▍^(qū)域；（3）升級完成后，從底層程序跳轉(zhuǎn)到用戶程序。
上位機(jī)程序的主要作用是對編譯完成的.out文件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、信息提取和打包發(fā)送。由TI自帶的開發(fā)工具CCS編譯完成的目標(biāo)代碼在DSP中并不是從起始地址開始連續(xù)分布的，而是分成若干個大小不同的代碼塊交叉分布于程序和數(shù)據(jù)空間，且CCS產(chǎn)生的.out文件的組織形式是一種對象文件格式，不能直接用于Flash燒寫，因此上位機(jī)程序首先需要對編譯完成的.out文件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換和信息提取。這就需要將其轉(zhuǎn)換成含有塊地址、塊容量和塊內(nèi)容等信息的.hex文件，并對每一塊的信息進(jìn)行提取，按照協(xié)議打包組幀最后通過CAN總線傳輸。
3具體實(shí)現(xiàn)方法
3.1上位機(jī)程序
為了獲得代碼在Flash中的存儲結(jié)構(gòu)等信息，上位機(jī)程序首先對編譯完成的.out文件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換和信息提取，對于C2000系列DSP，TI公司提供了文件格式轉(zhuǎn)換工具h(yuǎn)ex2000.exe可將.out文件轉(zhuǎn)換為.hex文件，具體方法為:創(chuàng)建MSDOS型批處理文件transhex.cmd,內(nèi)容為：
appication.out// appication.out為編譯完成的.out文件
-memwidth16//16位寬存儲器
-datawidth32//DSP字長32位
-boot
-sci8
-o appication.hex//生成名為appication的.hex文件
將批處理文件transhex.cmd和轉(zhuǎn)換工具h(yuǎn)ex2000.exe以及appication.out拷貝到同一目錄下，在MSDOS命令行中將路徑指定到該目錄，輸入hex2000.exe transhex.cmd即可自動生成相應(yīng)的appication.hex文件，該文件符合bootloader數(shù)據(jù)流格式。其中第1、2個字節(jié)為關(guān)鍵字，表示該數(shù)據(jù)流為8 bit或16 bit寬，接著的16個字節(jié)為保留位，然后接著的4個字節(jié)包含22 bit的程序入口地址，然后為每塊程序的尺寸，在Flash中存儲的起始地址以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)，具體結(jié)構(gòu)如表1所示［4］。按照上述固定格式，通過對表內(nèi)容的解析就可以獲得應(yīng)用程序在Flash中的存儲結(jié)構(gòu)。
在上位機(jī)程序中點(diǎn)擊“選擇文件”來讀入該文件，程序會自動根據(jù)表1的格式對其內(nèi)容進(jìn)行分析并完成信息提取，做好向下位機(jī)傳輸?shù)臏?zhǔn)備，并將提取結(jié)果顯示在右側(cè)信息欄中，如圖2所示。該示例應(yīng)用程序由6塊組成，列出了每塊的起始地址和容量大小等信息，最后第7塊的全零信息僅表示結(jié)尾，沒有實(shí)際內(nèi)容。
3.2底層程序
底層程序的作用是將上位機(jī)發(fā)送的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)燒寫至Flash的指定區(qū)域，涉及到應(yīng)用程序的定位以及跳轉(zhuǎn)等諸多問題，是整個系統(tǒng)的重點(diǎn)。由于系統(tǒng)是Flash啟動，DSP復(fù)位后固定跳轉(zhuǎn)到0x33FFF6處開始執(zhí)行，故底層程序必須預(yù)先燒寫到此處。底層程序在系統(tǒng)上電復(fù)位后首先運(yùn)行，并在規(guī)定時間內(nèi)通過接收上位機(jī)發(fā)來的固定幀判斷上位機(jī)程序是否啟動，如果是則等待上位機(jī)發(fā)送的待升級應(yīng)用程序代碼，否則跳轉(zhuǎn)到已有應(yīng)用程序處執(zhí)行。該過程采用絕對地址跳轉(zhuǎn)，主要代碼如下：
#define Jumpgxcx(void(*)(void))0x337FF6//定義應(yīng)用程序的起始地址
If(guc_updata ==’1’)
{main();}//如果收到升級指令則跳轉(zhuǎn)到底層程序主函數(shù)
Else {(*Jumpgxcx)();}//否則跳轉(zhuǎn)到現(xiàn)有應(yīng)用程序處執(zhí)行
底層程序收到升級指令后首先將Flash存儲器上的舊應(yīng)用程序刪除，并將收到的代碼緩存到片上RAM中，由于片上RAM容量有限，一次緩存的容量設(shè)定為2 048 B，因此上位機(jī)會將代碼按照2 048 B打包，每發(fā)送2 048 B的應(yīng)用程序代碼后就發(fā)送一幀燒寫指令，DSP調(diào)用Flash_API函數(shù)緩存代碼寫入指定Flash區(qū)域，完成一次燒寫后，底層程序會向上位機(jī)程序發(fā)送燒寫完成信息，隨后上位機(jī)開始發(fā)送下一包數(shù)據(jù)，循環(huán)此過程直至全部發(fā)送燒寫完畢，然后跳轉(zhuǎn)到新程序入口處開始執(zhí)行。流程圖如圖3所示。
4結(jié)束語
經(jīng)過實(shí)測，升級約40 KB的應(yīng)用程序用時約3 min。速度雖然較JTAG接口慢一些，但是免去了拆除設(shè)備的麻煩，大大縮短了總體工作時間，提高了工作效率。目前基于CAN總線的遠(yuǎn)程升級系統(tǒng)已在工程中成功應(yīng)用，給工程安裝調(diào)試人員的現(xiàn)場升級工作帶來了極大的方便。隨著需求的增多，可以擴(kuò)展出串口、網(wǎng)口等多種外圍接口的升級方式，也可以將待升級硬件由DSP系統(tǒng)擴(kuò)展為單片機(jī)或ARM等多種可編程器件。
參考文獻(xiàn)
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