基于LPC1763的IAP在線升級方法

趙善國 鄒啟紅 王開明

摘要：本文介紹了基于LPC1763的IAP在線升級方法，從IAP編程原理入手，通過外擴128K磁電存儲器（MRAM），將在線升級分為新程序接收和程序更新執(zhí)行兩個階段，著重介紹了IAP執(zhí)行過程。通過各階段的防誤碼設計，提高了IAP升級過程的可靠性。

關鍵詞：IAP；LPC1763；MRAM

引言

對于嵌入式產(chǎn)品，在應用編程（IAP）指在不影響產(chǎn)品正常運行的情況下實現(xiàn)應用程序的更新。許多ARM芯片都提供該操作接口，相對于在系統(tǒng)編程（ISP）方式，具有方便靈活且不需要借助專用Boot 裝載程序或工具的特點，而且在不影響嵌入式產(chǎn)品正常運行的情況下即可完成應用程序的動態(tài)升級。

本文以NXP公司LPC1763（ARM Cortex-M3內(nèi)核）微控制器為平臺，當在線升級時，首先將更新數(shù)據(jù)包暫存在外擴的128KB磁電存儲器（MRAM）中，再通過IAP服務程序?qū)⒏聰?shù)據(jù)包燒寫至片內(nèi)Flash區(qū)，實現(xiàn)在線升級功能。

1.IAP編程原理

Boot裝載程序是ARM 芯片出廠時固化在內(nèi)部的一段代碼，它控制芯片復位后的初始化操作。支持IAP功能芯片的Boot裝載程序中包含了IAP代碼。LPC1700系列的Boot裝載程序在出廠時固化在地址0x1FFF 0000到0x1FFF 1FFF的8KB范圍內(nèi)，這8KB稱為Boot Block。IAP代碼入口位于Boot Block中的0x1FFF 1FF0地址。當需要進行IAP時，Boot Block空間被重映射到芯片最低地址0x00000000處。

用戶調(diào)用IAP對片內(nèi)Flash操作的過程：首先是在用戶代碼中初始化IAP入口指針地址，然后通過調(diào)用Boot Block中的IAP代碼對片內(nèi)Flash進行擦除或?qū)懭氩僮鳌Ｓ捎贗AP 代碼位于Boot 區(qū)內(nèi)，所以IAP 命令不允許對Boot扇區(qū)執(zhí)行寫/擦除操作。

復位后中斷向量被激活，跳轉到Boot Block 裝載程序的IAP入口。IAP 程序為Thumb代碼，位于地址0x1FFF 1FF0。

2.LPC1763 IAP在線升級方案

2.1系統(tǒng)結構

IAP在線升級系統(tǒng)除LPC1763外，還包含1片MR25H10磁電存儲器（MRAM）和1個RS232串口。MR25H10是Everspin公司推出的128KB串行MRAM，兼容串行EEPROM和串行Flash的讀/寫時序。它與LPC1763采用SPI總線方式通信，用以存儲程序更新標志和接收到的更新數(shù)據(jù)包。RS232串口用來與Zigbee無線模塊通信，接收上位機遠程下發(fā)的更新數(shù)據(jù)包。

2.2在線升級流程

在線升級過程大體可分為兩個階段：

第一階段為新程序接收階段，用戶程序接收到啟動更新命令幀，LPC1763通過串口依報文幀號，順序接收更新數(shù)據(jù)包，并將該更新數(shù)據(jù)同步存儲至外擴的128K MRAM區(qū)，直至接收到結束更新命令包。當全部數(shù)據(jù)幀正確接收完成后，置程序更新標志，復位系統(tǒng)。

第二階段為程序更新執(zhí)行階段，系統(tǒng)復位后系統(tǒng)進入IAP服務程序入口，服務程序檢測程序更新標志是否有效，若有效則從MRAM取出相應更新數(shù)據(jù)包，通過IAP命令按扇區(qū)將其寫入片內(nèi)Flash區(qū)。當所有更新數(shù)據(jù)包燒寫完畢，清除程序更新標志，系統(tǒng)復位，程序指針從0x00000000地址執(zhí)行更新后的程序。

2.3系統(tǒng)存儲區(qū)分配及程序流程

為確保整個在線升級過程可靠，用戶程序?qū)⒔邮盏降母聰?shù)據(jù)包先暫存至外部128K MRAM的45.2KB空間，地址從0xE000開始。

IAP服務程序入口處于256K片內(nèi)Flash區(qū)，用于當程序更新標志置位時，跳轉至IAP服務程序。通過編譯器將IAP服務程序配置于LPC1763 16KB AHB SRAM1區(qū)，用于調(diào)用Boot Block中的IAP代碼對片內(nèi)FLASH 進行擦除或?qū)懭氲牟僮鳌?/p>

IAP執(zhí)行過程從新程序接收完成，系統(tǒng)復位開始。在執(zhí)行完系統(tǒng)硬件初始化和外擴MRAM初始化后，進入IAP服務程序入口。通過判斷程序更新標志后，讀取更新數(shù)據(jù)包總包數(shù)，跳轉至SRAM區(qū)中的IAP服務程序，見圖1中編號1箭頭。

IAP服務程序初始化IAP程序函數(shù)指針I(yè)AP_Entry，調(diào)用Boot Block中的IAP程序執(zhí)行片內(nèi)Flash擦除和燒寫，見圖1中編號2箭頭。IAP指令大部分是以扇區(qū)為單位，LPC1763的0～15扇區(qū)為64KB，單個扇區(qū)規(guī)格為4KB，16～21扇區(qū)為192KB，單個扇區(qū)規(guī)格為32KB。用戶程序存放在0～11扇區(qū)48KB區(qū)域內(nèi)，因此IAP執(zhí)行對0～11扇區(qū)的擦除指令。IAP指令中將RAM內(nèi)容復制到Flash指令要求Flash地址邊界為256B，特規(guī)定512B為Flash單次寫入字節(jié)數(shù)。SRAM1中分配512B用于暫存更新數(shù)據(jù)包，IAP服務程序一次從MRAM中讀取512B數(shù)據(jù)至該RAM區(qū)，見圖1中編號3箭頭。IAP服務程序逐次將RAM中512B更新數(shù)據(jù)寫入至Flash 0～11扇區(qū)，見圖1中編號4箭頭。待全部更新數(shù)據(jù)寫入Flash后，清除程序更新標志，系統(tǒng)復位，程序指針從0x00000000地址開始執(zhí)行新程序。

2.4防誤碼設計

由于數(shù)據(jù)傳輸錯誤將帶來系統(tǒng)癱瘓的風險，因此設計了如下升級防誤碼手段：

在新程序接收階段，發(fā)送方在發(fā)送單包的最后2位增加CRC16校驗位，LPC1763接收到該包數(shù)據(jù)后對除最后2位外的數(shù)據(jù)進行CRC16校驗，并與接收包中的校驗位進行比對，如一致則返回正確應答，將該包含校驗位存儲至MRAM中，從而保證通信數(shù)據(jù)的可靠性。

在程序更新執(zhí)行階段，LPC1763將更新包從MRAM讀取到SRAM過程中，同樣對數(shù)據(jù)進行CRC16校驗，也與MRAM中存儲的校驗位進行比對，確保讀取數(shù)據(jù)有效。

3.結論

本文在基于LPC1763微控制器的平臺上，提出了一種通過外擴MRAM方式實現(xiàn)IAP在線升級的解決方法，新程序接收及燒寫階段經(jīng)過防誤碼處理，確保了升級的可靠性，避免了由于程序失效，導致的系統(tǒng)無崩潰的風險。該方法在不影響產(chǎn)品正常運行情況下，實現(xiàn)了穩(wěn)定、可靠的在線升級方法。

參考文獻

[1]深入淺出Cortex-M3——LPC1700，周立功等，2010，廣州致遠電子有限公司

[2]基于ARM處理器的IAP設計及應用，許文杰，丁志剛，張泉，2009，3，計算機應用與軟件

（作者單位：貴州航天凱山石油儀器有限公司）