基于串口的TMS320F28335應用程序在線升級技術的應用

沈 潤 張 喆 徐 瓊 戴桂木

(東南大學電氣工程學院，南京 210096)

TMS320F28335數字信號處理器是TI公司推出的一款浮點DSP控制器。相比以往的DSP，該器件是目前專門用于控制領域的最高性能的芯片，該器件具有精度高、成本低、功耗小、外設集成度高、數據和程序存儲空間大及AD轉換更精確快速等特點。很容易將系統的多種控制功能集中在一個芯片上完成，目前已廣泛應用于電機控制、儀器及儀表等工業。

TMS320F28335內嵌256KB的Flash和34KB的SRAM,用于用戶存放程序代碼和運行數據。但對于大部分控制系統而言，需要升級和完善程序，通常Flash寫入的方法有：通過編程器寫入，這種方法簡單快捷，但是對于貼片Flash，器件一旦焊上，不便再取下來使用編程器寫入程序；在研發階段，TMS320F28335的應用程序通常都是通過仿真器和CCS集成開發環境來下載到DSP的內部Flash單元。而利用仿真器的方式下載程序，對升級環境要求較多：計算機上必須安裝專業的CCS開發環境，必須配置仿真器，并需要安裝仿真器的驅動程序。需要專業技術人員才能完成，所以當需要修改程序時，往往需要技術人員到設備的現場進行操作，顯然，這種方式工作量極大，費時費力，增加了設備的維護成本[1,2]。

為了解決這個問題，就需要嵌入式系統具有軟件的在線升級功能。方案是使用DSP系統的外部接口，用PC機，通過RS232標準串口將升級軟件轉換成的二進制文件傳輸給DSP的外部RAM，這里選擇外部RAM,因為大多數情況下,程序的數據量比較大,內部RAM空間一般不足，然后再由外部RAM燒寫到內部Flash，實現DSP的在線升級。

1.1 可傳輸的二進制文件的生成

利用TI公司的DSP集成軟件開發環境對用戶程序進行編譯和連接生成的是通用目標文件格式(COFF)的文件。這種格式的目標文件結構復雜,不僅包含了程序代碼，還包含了頭文件、符號表、段地址及初始化段入口等其他的信息，而且不能用常規方法打開為用戶可讀的形式[3]。COFF文件不能通過串口傳輸，因此必須轉換成普通的bin文件。方法是使用hex2000.exe將COFF文件轉化為hex文件，然后采用hex2bin.exe轉換為bin文件。

TI公司提供的hex2000工具可以將COFF格式的目標文件轉化成常見的16進制格式的數據流文件，包括ASCII-Hex、Intel MCS-86、Motorola-S、TI-Tagged及Tektronix等類型。hex200的使用方式有命令行方式和批處理方式：

命令行方式 hex2000 [options] filename

批處理方式 hex2000 command_filename

批處理方式可以多次使用，比較方便，本項目中使用的批處理文件內容為:

TestPrj.out -boot -order MS -sci8 -map TestPrj.map -o TestPrj.hex -I

具體命令含義如下：

-boot 轉換所有段為可啟動形式

-order MS 指定輸出文件為大模式

-ci8 通過SCI啟動，8位模式

-map 創建映射文件

-o 指定一個輸出文件名

-I 指定輸出文件為Intel格式

通過上面的處理可以得到TestPrj.hex的16進制文件。此時hex文件的內容就包括要燒寫到Flash的代碼數據，數據結構見表1，為了便于通過串口傳輸可以通過hex2bin得到TestPrj.bin文件。

表1 hex文件內容

hex文件內容根據批處理文件內命令的不同略有不同。

1.2 上位機軟件的實現

上位機端程序首先讀取數據流文件，按照數據流文件格式和DSP端程序的通信協議將數據流的段部分分解成多幀數據，并給每幀數據加上協議的報頭等信息，上位機端的程序與DSP端核程序通過RS232總線方式進行通信。上位機軟件用于選擇升級的文件，其界面如圖1所示。

圖1 上位機升級界面

1.3 DSP端底層程序

針對上述串口數據流，在SCI的中斷函數中將串口接收到的數據分別存放在外部RAM空間中。新代碼下載到DSP的RAM后調用TI對Flash的接口函數庫中的函數，將新代碼燒寫到指定的Flash區域中，從而實現在線升級，其程序流程如圖2所示。

圖2 串口接收中斷流程

能否成功調用Flash_API是在線升級的關鍵所在，TI公司提供了專用的Flash庫文件，用于在線燒寫Flash。由于DSP芯片只有一個Flash區域，而Flash的結構體系限制了同一時刻Flash只能執行一個操作，同時Flash的庫函數對時序的要求比較嚴格，這兩個因素要求必須把Flash的API函數拷貝到內部RAM運行，為了提高各個部分的運行速度，把整個程序都拷貝到內部RAM運行，同時也滿足了Flash API的運行環境。存儲與運行空間的分布在cmd文件中有所體現，.text段放在內部RAM運行，具體代碼如下：

.text: LOAD = FLASHA, PAGE = 0

RUN=RAM_L0L1L2L3,PAGE=0

LOAD_START(_text_loadstart),

RUN_START(_text_runstart),

SIZE(_text_size)

同樣的方法把.bss、.cinit、.const及.econt等段都下載到Flash內，但都是從RAM區域運行。Flash API除了在RAM運行外，在調用相關函數前還需進行一些初始化，如添加庫文件初始化PLL等常規操作。同時對于Flash_CPUScaleFactor和Flash API回調函數的初始化也應注意，即使不使用回調函數，也應進行初始化，防止程序陷阱。

Flash使用的庫函數有：Flash_Erase,Flash_Program和Flash_Verify。為處理方便，定義了結構體變量供函數使用，定義的結構體struct HEADER{ Uint32 BlockSize; Uint32 DestAddr; } BlockHeader，升級函數通過BlockHeader結構體，將升級程序寫進Flash內。

1.4 DSP的軟件復位

升級程序燒寫完成以后，利用TMS320F28335自帶的軟件看門狗實現軟件復位重啟，TMS320F28335的看門狗框圖(WDRST方式)如圖3所示。

TMS320F28335的看門狗有兩種方式：WDINT的中斷喚醒方式和WDRST方式，可以在SCSR寄存器中選定其中一種[4]。這里是要求系統復位重啟，而WDINT是實時監控系統的，并不能按要求實現軟件復位，所以需要WDRST。復位模式下，當看門狗計數器達到最大計數值時，WDRST信號將會持續拉低XRS引腳512個信號周期，從而使得控制器復位[4]。

圖3 TMS320F28335的看門狗框圖(WDRST方式)

2 實驗效果

用筆者提供的方法生成bin文件，使用編寫的上位機軟件，通過串口向DSP燒寫更新程序，升級成功界面如圖4所示。

圖4 升級實驗效果

經實驗驗證，通信穩定，升級效果較好。

3 結束語

介紹了基于串口通信的DSP程序升級方法，產品安裝到現場后，程序的升級和維護可以通過串口方式來完成，簡單明了的升級界面給用戶良好的使用體驗，給產品的升級和維護帶來了極大的方便，提高了系統可維護性、可擴展性和靈活度，具有較好的使用價值，在其他系列的DSP上也有很強的通用性。對于不便到達現場的設備，如果加上GPRS模塊或者網絡接口可以實現遠程升級，更加提高了工作效率，給維護升級帶來極大便利。

[1] 吳小朦，李正宇，周進松.通過RS232串口實現DSP并行FLASH程序升級[J].通信技術，2012，45(1):141～143.

[2] 王敏，黃戰華，孫秋實，等.DSP系統程序遠程更新的研究與實現[J].計算機工程與應用，2012，48(8)：109～111.

[3] 苗軍,倪奇志.COFF文件分析提取器的實現及其應用[J].現代電子技術,2009,32(2):42～44.

[4] 蘇奎峰，呂強，常天慶，等.TMS320C281x原理及C程序開發[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008．