内部FLASH刷新的TMS32F2812离线升级方法
2018-03-01，，
，，
(1.解放军96610部队，北京 100010；2.陆军装甲兵学院)
引 言
图1 TMS320F2812内存映射图
TMS320F2812作为TI公司推出的C2000系列DSP中性能最高的一款，工作时钟频率最高可达150 MHz，具有强大的数字信号处理和事件管理能力，其内部存储包括SRAM和自带的128 KB的FLASH，可以直接将程序写入其中运行，因此开发和使用非常方便[1]。
芯片在使用时，经常会遇到程序升级的情况，TMS320F2812通常需要专用的烧写器和软件才能写入，在程序调试过程可以使用该方法，但是当产品投入使用后，或者不具备使用烧写器的条件，就需要一种离线的方法进行程序升级。
本文就TMS320F2812离线升级技术进行了探讨，并提出了一种完备的设计方案，可作为该类型芯片的参考设计方案。
1 TMS320F2812存储划分及启动过程
1.1 内部存储单元划分
TMS320F2812的内存映射如图1所示，由26 KB的片上SRAM、256 KB的片上FLASH、片上OTP和片上BootRom组成。程序的代码和数据可以在片上SRAM和片上FLASH中运行。
1.2 启动模式简介
TMS320F2812支持多种启动模式，如FLASH引导装载、SCI引导装载、并行GPIO引导装载、SPI引导装载等，本文介绍的方法是在FLASH引导装载下进行的，其启动过程如下：
① 当XMP/MC为低电平时，TMS320F2812处于微计算机模式，此时向量表指向BootRoom；
② 到BootRoom的0x3F FC00处取出复位向量，跳转到Boot函数，执行完后跳转至0x3F 7FF6处，这个时候指令占据两个字节，刚好在代码模块之前；
③ 取出跳转指令，跳转到自己的指定地址或者C初始化的入口_C_INT00(0x3F 6000)处；
④ 在C初始化的入口_C_INT00对一些变量、堆栈和寄存器进行必要的设置，该函数在C的库函数内(RTS Library)；
⑤ 进入main函数。
从其启动过程来看，要能顺利进入主程序，必须要保证第③步的正确跳转，由于InitBoot函数执行完后跳转到0x3F 7FF6处(codestart处)，此位置刚好在128位(CSM)密码位置之前两个字节，因此必须在此处放置跳转指令，TI给出的参考代码“DSP281x_CodeStartBranch.asm”用于放置跳转指令，该文件可在TI官网上下载。
1.3 TMS320F2812的内存及数据段的划分
与其他DSP一样，TMS320F2812也是依靠Memory和Section两个伪指令来进行内存的划分和段分配。MEMORY伪指令用来表示实际存在目标系统中的可以使用的存储器范围，在这里每个存储器都有自己的名字、起始地址和长度。
SECTIONS伪指令是用来描述输入端是如何组合到输出端内的。这两个伪指令都在每个工程的.cmd文件中应用，其中，.cmd文件一般包括两个基本的段，初始化段和非初始化段。初始化段包括代码和常数等必须在DSP上电之后有效的数。故初始化段必须保存在如片内FLASH等非遗失性存储器中，非初始化段在程序运行过程中才向变量内写数据，可以映射到易失性存储器如RAM中。其中，与离线升级关系密切的是初始化段的数据，它包括的类型如表1所列。
表1 .cmd文件中主要的初始化段
续表1
实现DSP的离线升级，本质上可以通过更新FLASH中的初始化段数据进行。
2 TMS320F2812基于FLASH刷新进行离线升级的基本原理
2.1 TMS320F2812的FLASH操作
TMS320F2812的FLASH操作是通过调用其提供的库文件实现的，当前最新的库文件版本是Flash281x_API_V210.lib，其中定义了对FLASH进行擦除、写入和验证的函数：Flash_Erase、Flash_Program和Flash_Verify等函数，这些函数在应用时必须要将代码搬移至SRAM中运行，具体方法可见官网的使用手册，需要注意的是在应用时，该库文件要和一些其他涉及到内存操作的函数(例如memcpy等)隔离在不同的RAM段中运行，否则容易出现操作错误。
2.2 目标文件转换
DSP通过编译器CCS编译出后缀名为.out的文件，成为公共对象文件，包含了FLASH各段存放的数据。要实现TMS320F2812的更新，必须要将这些数据提取出来，这要借助TI公司提供的Hex2000.cmd工具，通过命令行调用或者批处理的方法来实现，下面介绍批处理方法。
① 编写一个命令脚本文件，此处命名为Convert.cmd，在其中写入如下命令：
-memwidth 16 %表示数据宽度为16，与TMS320F2812内部Flash的数据宽带一致%
-a %表示生成文本格式数据，生成其他格式请见参考文献[2]%
Test.out %此处写入要转换的对象%
-map Test.map %表示生成映射文件名称%
ROMS{
DSP_CON: org = 0x3D8000, len = 0x01FFF8, romwidth = 16, files = {DSP_CON.dat}
} %表示从.out的地址0x3D8000开始转换，长度为0x01FFF8，生成文件名为DSP_CON.txt %
② 编写一个批处理文件，命名为Build.bat，其中写入如下的命令：
（1）形态。36例周围型小肺癌患者，在经过螺旋CT扫描后，其肿块形态分为圆形（或类圆形）34例，其比例为94.44%，斑片形2例，其比例为5.56%。
[filepath]hex2000.exe Trans.cmd
其中,filepath为hex2000.exe存放的位置，建议该文件要与Convert.cmd、Build.bat，以及要转换的目标文件Test.out放置在同一个文件夹下。
③ 双击运行批处理文件Build.bat，可看到在该文件夹下会生成两个文件，一个为DSP_CON.dat，一个为Test.map，其中Test.map为映射文件，表明了每个存储区的使用及分布情况；DSP_CON.dat为生成的转换文件，表明了在每个地址处存储的内容、文本格式。其内容如下：
图2 转换文件示意图
其中，STX表示文件的起始，ETX表示文件的结束，$A3ec000及其后面的数据表示在地址0x3ec000之后要写入的数据。
由于TMS320F2812的数据宽度是16位的，因此在此地址之后的数据依次为：0x0200、0x0100…，直至数据段结束。因此TMS320F2812离线升级的基本原理就是将转换后的数据存放至指定地址的FLASH中去。
3 一种可靠的升级软件架构设计
图3 程序结构示意图
由于FLASH本身的性质，TMS320F2812实现升级后，如果发生错误，仍需要通过升级进行更正，这就为DSP的软件设计提出了一个要求，即升级后即使出错，也不能影响器件原有的离线升级功能。因此在软件设计时，升级功能和主功能要分开设置在不同的FLASH分区中，可采取如下的形式实现，如图3所示。
启动时首先进入升级程序，在升级程序中等待一段时间，如果在此时间内没有接收到升级命令，再引导主程序运行。为安全可靠地应用，此处给出启动流程图如图4所示。
图4 启动流程示意图
具体实现时，将升级程序和主程序分别编写，分别配置各自的.cmd文件，使两个程序的代码段和常数段分布在不同的存储段内。例如在升级程序的UPDAT.cmd和主程序的MAIN.cmd文件中这三部分的配置如下：
UPDAT．cmd…．text：>FLASHEPAGE=0．const：>FLASHFPAGE=0．econst：>FLASHFPAGE=0…MAIN．cmd…．text：>FLASHBPAGE=0．const：>FLASHCPAGE=0．econst：>FLASHCPAGE=0…
此时，主程序的代码段存放于FLASHB中，其地址为0x3F 4000，升级程序中要引导进入这个地址执行，可使用函数指针来实现，下面给出主要代码：
#define Main_Func_Addr 0x3F4000 %定义了代码起始地址为FLASHB
typedef void(*Pfunc)(void); %定义了指向函数的指针类型；
…
void main(){
…
Pfunc mainfunc; %定义了一个指向函数的指针
…
FA100_mainfunc = (void(*)(void))Main_Func_Addr;
%将指针指向该地址
mainfunc(); %引导启动主程序
}
为实现可靠的升级，数据传输过程中的每一帧要有编号和校验。将数据写入TMS320F2812的FLASH后，使用Flash_Verify对每一次写入的数据进行校验。还要有主程序功能正常标识，表示主程序可用，每次升级前擦除此标识，正常升级后再置位此标识。每次开机启动时引导主程序前，升级程序可判别此标识，确认是置位状态再引导主程序。
另外还需要注意的是，如果使用TMS320F2182的CSM_PWL功能，要确保升级升序和主程序的密码一致，否则会引起芯片FLASH闭锁。
结 语
[1] TI.TMS320C281X DSP Data Manual, 2011.
[2] Texas Instruments Incorporated.TMS320C281X系列DSP指令和编程指南[M].1版.刘和平，等译.北京：清华大学出版社，2005.
杨春晓(博士)、吴陟轩(硕士)，主要研究方向为通信与信息系统；陈颂(硕士)，主要研究方向为信息工程。
