通過I2C總線接口的MCU 固件升級方法

(珠海市光聯通訊技術有限公司 OMS/軟件組，珠海 519030)

引　言

嵌入式系統(Embedded system)是一種“完全嵌入受控器件內部，為特定應用而設計的專用計算機系統”，根據英國電氣工程師協會的定義，嵌入式系統為控制、監視或輔助設備、機器或用于工廠運作的設備。與個人計算機這樣的通用計算機系統不同，嵌入式系統通常執行的是帶有特定要求的預先定義的任務。由于嵌入式系統只針對一項特殊的任務，設計人員能夠對它進行優化，減小尺寸降低成本。

Linux是類Unix操作系統，是一個基于POSIX和UNIX的多用戶、多任務、支持多線程和多CPU的操作系統，用C語言寫成，符合POSIX標準的類Unix操作系統。

Linux是一款免費的操作系統，用戶可以通過網絡或其它途徑獲得，并可以任意修改其源代碼，這是其它的操作系統所做不到的。正是由于這一點，來自全世界的無數程序員參與了Linux的修改、編寫工作，程序員可以根據自己的興趣和靈感對其進行改變，這讓Linux吸收了無數程序員的精華，不斷壯大。

Linux內核的主要模塊(或組件)分為以下幾個部分：存儲管理、CPU和進程管理、文件系統、設備管理和驅動、網絡通信，以及系統的初始化(引導)、系統調用等。

本系統主機采用的是Linux嵌入式操作系統。

1　系統構成

本系統由主機和從機構成，主機采用嵌入式Linux操作系統，從機為K20 MCU，主、從機之間采用I2C總線通信方式：

從機MCU型號是恩智浦MK20DN512ZVLL10-ND，自帶I2C總線接口和SCI接口(備用)，通過I2C總線接口與主機通信；通過SCI接口可與PC機通信。

2　系統硬件I2C總線部分原理圖

系統硬件I2C總線部分原理圖如圖1所示。

圖1　I2C部分原理圖

3　從機MCU firmware升級實現方法

從機MCU firmware升級主要有兩種方法：通過PC和通過主機。

方法一：通過PC，該方法在沒有主機的情況下大量使用，技術成熟，本文不做詳細描述。

從機利用備用的SCI接口，通過PC按XMODEM協議升級下載firmware成功，驗證從機代碼和firmware升級包都正確。

升級包描述如下：

I2C從設備地址(1byte)FWDATA(6 bytes)0x20(1 byte)Data0……Data31

每包包長度為40個bytes=從設備地址+FWDATA的ASCII碼(不分大小寫)+0x20+Data0+……+Data31。

方法二：通過主機，系統主機通過I2C總線接口與從

機通信，在發送命令、接收數據等都正常的情況下，主機通過網頁界面、I2C總線通信對從機firmware升級，下載失敗，下面做詳細描述。

用示波器抓SDA波形，正確的和錯誤的SDA波形比較如下：

① 正常的波形是每個byte后跟ACK(即第9個SCK對應的SDA為0)，正確波形如圖2所示。

② 從機接收升級數據包時，前8個bytes正常，每個byte后跟一個ACK，即Data0之前的地址、命令(FWDATA)等都正常，從Data0開始到Data31，不定某個位置開始出現NACK，直到stop前一直都是NACK，錯誤波形如圖3所示。

圖2　正確波形

圖3　錯誤波形

下面對升級失敗原因進行分析：

① 對不同主、從機I2C總線升級結果及波形對比結果如下：

主機S3C2440主機XA9S12從機DSP升級OK,波形如圖4-----------從機K20升級NO,波形同DSP升級OK,波形如圖5

②兩種升級成功的SDA波形比較及有關參數如圖4、圖5所示。

所采用的改進措施和改進結果比較如下：

① 改硬件上拉電阻，無效，方法如下：去掉從機I2C

總線上拉電阻(圖1的R24和R25)，波形無改善，升級不成功；去掉從機I2C總線上拉電阻(圖1的R24和R25)，并且短路圖1的U4芯片，波形無改善，升級不成功。

② I2C總線 通信速度由400 kHz降為100 kHz，升級不成功。

③ 配置主機SDA延遲時間(即SDA hold時間)由5clocks改為0，升級通過，但SDA建立時間仍為80 ns，SDA hold時間由200 ns變為100 ns，波形如圖6、圖7所示。

圖4　S3C2440&&DSP(SDA建立時間為80 ns)

圖5　XA9S12&&K20(SDA建立時間為460 ns)

圖6　SDA延遲5clocks(SDA hold時間為200 ns)

④ 增加SDA建立時間，修改后SDA建立時間由80 ns增加到180 ns，滿足I2C總線 datasheet要求，針對上述第3條兩種配置，升級都成功。

參考s3c2440A白皮書(圖8)以及K20 白皮書(圖9)。

圖7　SDA延遲0clocks(SDA hold時間為100 ns)

圖8　s3c2440A白皮書部分

圖9　K20白皮書部分

主機代碼做了如下修改，升級成功，I2C總線接口時序符合標準：

① 修改函數static int i2s_s3c_irq_nextbyte(struct s3c24xx_i2c *i2c, unsigned long iicstat)，增加ndelay(1);//等待建立時間

② 增加ndelay(5)后，SDA建立時間為580 ns，波形如圖10所示。

結　語

圖10　增加ndelay(5)后波形圖