摘要：文章针对传统设计采用rs232作为数据传输手段而造成的速度过慢的问题，设计了一种通过网络接口，使用一种特殊的udp包对bf531片外flash在线系统编程的方案，并给出了在系统编程的具体步骤和实现结果。实践证明该方法无须实现tcp/ip协议栈，速度快，体积很小，很好地解决了以dsp为核心的应用系统软件的维护和升级问题。
关键词：bf531；flash；网络接口；isp；udp
 
　　在以dsp为核心的现代电子设备中，通常将可执行代码存放在flash中，设备启动的时候，dsp通过引导加载机制将flash中的代码转移到高速存储器中运行。flash在系统编程（isp）是指以在不改变硬件环境的条件下，在线将程序代码（固件）下载到flash中，从而方便地实现系统软件的调试和升级。bf531是adi公司生产的一款高性能dsp。adi公司在其软件vdsp下提供了通用的在系统编程工具“flash programmer”，但是该工具需要使用jtag接口，并且需要专用仿真器。另外一种方法是采用rs232作为通信接口，通过一段引导程序来进行flash的在系统编程，缺点是速度很慢。由于目前大多数电子仪器都已经具有网络接口，本文设计了一种通过网络接口进行flash在系统编程的方案。采用的网络接口芯片为常见的dm9000a，由于网络通信中常见的tcp/ip协议栈过于庞大，本文中未使用协议栈，而是设计了一种简单的实现方法：直接构建含特殊标记头的udp广播包来代替。
　　一、bf531的flash启动加载过程
　　ldr文件是最终烧写到flash上面的程序文件，可以有多种格式。WWW.11665.CoM这里，我们生成的ldr文件是二进制格式，ldr文件分为多个块，每个块都分为一个“block”和一个10字节的“head”。在“head”中，头四个字节表示块应加载在bf531地址空间的地址，后四个字节表示“block”的大小，最后两个字节表示块的属性。
　　bf531芯片本身已经提供了4种启动代码加载方式，通过启动模式引脚bmode来选择，本设计中将该引脚设置为最常见的“01”模式，即“从8/16位的flash/prom启动”模式。
　　bf531内部有一个bootrom区，用以存放“引导核”， bf531启动的时候会先运行该引导核，自动将从flash起始地址0x2000000开始的ldr文件分块按照用户的要求分别加载到片内ram和sdram中。加载完毕后，引导核会修改程序指针pc，使之为片内ram的启动地址0xffa08000，启动用户自己的应用程序。
　　二、总体设计
　　需要设计一个bootloader程序和一个与之配合的上位机程序，并将bootloader烧在地址0x20000000处。dsp启动后，“引导核”会自动启动该程序，bootloader程序延时判断上位机是否发出了连接命令。如果有，进入更新固件模式，可以进行flash的烧写；否则，则进入正常启动模式，用以加载并执行用户程序。
　　（一）bootloader与用户程序
　　根据上面所述，启动的顺序是：“引导核”自动启动bootloader，运行完成后再加载运行用户程序。所以bootloader程序应该独立于用户程序，因为bootloader一般不需要更新，而且，在系统编程出现意外的时候，不会导致bootloader被破坏。由于bootloader需要在启动的时候就运行，所以应该事先通过jtag使用仿真器将其烧写到地址0x20000000处。而对于常用的nor flash，编程的时候会先把相应的整个扇区擦除，所以为了方便编程，应该使用户程序的ldr文件的起始烧写地址固定，并且为一个扇区的起始地址，本设计中固定为0x20004000。
　　（二）网络通信协议设计
　　嵌入式仪器一般资源都比较少，所以bootloader体积应该设计的尽量的小。最常用的网络通信协议为tcp/ip协议栈，虽然功能强大，但是体积过于庞大。考虑bootloader只需要网络接口完成最简单的通讯功能，而且通信量很小，本文设计了一种简单的方法：直接构建含特殊标记头的udp广播包。
　　详细的实现方法：上位机端发送数据的时候，在普通的udp包的“payload”区加上一个自定义字符串的“标记头”，并定义为广播包，发送。bootloader端接受时采用“杂散模式”接受，直接分析网络芯片dm9000a接受到的数据，如果发现是udp包并且具有自定义字符串的“标记头”，则接受，否则，抛弃。相反，bootloader端发送数据的时候，按照udp包标准格式直接手动填充一个完整的udp广播包，并加上“标记头”，上位机接受的时候，按正常接收方式，即可根据“标记头”判断是否是bootloader传出来的包。
　　三、bootloader设计
　　如图1所示，bootloader功能上可以分为4个模块，主控制模块，数据通信讯模块，flash操作模块，用户程序加载启动模块。bootloader运行的时候，先向上位机发出握手请求，等待1秒，如果有握手回应信号则证明有上位机相连，bootloader进入命令等待状态，如果没有，则直接进入用户程序加载启动模块。当一个完整的上位机命令被接收到后，bootloader解析命令，并执行相应的功能。执行完相应的功能后会再发出握手请求（除非命令为退出命令），等待上位机握手，周而复始。
　　（一）主控制模块
　　实现功能：实现bootloader与上位机的握手，解析并执行上位机发出的命令，并总体控制各个模块。
　　（二）数据通信模块
　　实现功能：控制网络控制芯片dm9000a进行数据输入和输出。主要需要实现数据接收功能，数据发送功能，dm9000a芯片的初始化和复位功能。

　本设计中采用了上文中已经叙述的特殊的网络通信方式。设计数据发送函数时，先定义一个udp的标准广播包的模版，在udp包的“payload”区开始的地方添加好自定义的“标记头”，发送的时候直接在该模版的“payload”区后上加入准备传送的数据，通知dm9000a发送即可，为了避免计算校验位造成速度减慢，本设计中将udp头的校验位设置为0，即不校验。设计数据接收函数时，只需要先读取“payload”的头几个字节，判断是否为定义的“标记头”，如果是，则去掉该“标记头”和udp包的头，获得真正需要的数据，如果不是，则抛弃。
　　（三）flash操作模块
　　实现功能：实现一些常用的操作flash功能接口函数，供主控制模块使用。主要需要实现的功能函数有：flash写函数，flash读函数，flash块擦除函数，flash解锁函数，flash校验函数。
　　普通的nor flash编程前需要将相应的扇区解锁并擦除，所以如果该扇区有别的数据，会被一并擦除。为了能自由地编程任意地址的数据，本设计中特别定义了一个1个块大小的缓冲区，暂存原flash块里面的数据，编程的时候将更新数据和原数据进行合并再后在一起编程进入flash，解决了该问题。
　　（四）用户程序加载启动模块
　　实现功能：完成类似bootrom区“引导核”的工作，即加载起始地址为0x20004000的用户程序ldr文件到片内ram或sdram，然后清空所有相关堆栈和寄存器，最后修改pc指针为0xffa08000，开始执行用户程序，所以该程序应该使用汇编编写。adi在vdsp下提供“引导核”的示例程序，可以参考该程序设计本模块。需要注意的是本模块绝对不能被加载的用户程序覆盖掉，所以不能把这段程序放到片内ram，而应该把这段程序放在sdram的最后，保护起来。
　　四、上位机设计
　　本设计中上位机在windows xp操作系统下采用ni公司的labwindows/cvi 8.0开发设计，如图2所示。需要实现通过udp包与bootloader的通信和程控面板的显示。由于cvi8.0自身没有带udp相关驱动，需要加入windows的api库wsock32.lib进行开发。调用该库进行socket编程，设计好udp的读、写、打开、关闭函数。在设计发送/接收函数的时候应该加上或去掉定义的“标记头”。　五、实现结果
　　本设计已经在使用dsp芯片bf531和网络控制芯片dm9000a的目标板上成功实现。完整的实现步骤如下：先将bootloader生成ldr文件，再将其通过仿真器烧写到0x20000000，使用交叉双绞线将目标板与电脑相连接，在电脑上打开上位机，给目标板上电，此时上位机与目标板进行握手，如果成功，面板会显示“已经成功连接目标板”，选择需要烧写的用户程序的ldr文件和烧写地址，点击开始烧写即可。
　　六、结语
　　本文提出了一种通过特殊的udp广播包进行flash的在系统编程的方法，并成功实现。该方法抛弃了tcp/ip协议栈，因而大大的减小了自身的体积，而且采用网络接口，使系统编程的速度得到了极大的提升。很好地解决了目标系统的系统程序升级和调试的问题。
参考文献
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 [3]analog devices，inc．adsp-bf533 blackfin booting process，2006．
 [4]lvzhiyong．auto-load and auto-update the dso’s software，2007．