一種對F240系統實現在線編程的方法研究

摘 要：提出一種通過RS-232總線對F240系統實現在線編程的方法，解決了早期軟件升級時需要將F240仿真器連接至模塊內的編程連接器而需要將產品開蓋導致的操作不便問題。該方法已在某些航空機載遠程接口單元上得到應用，實踐結果表明該方法操作方便，軟件燒寫結果穩定可靠，具有一定的工程應用價值。

關鍵詞：在線編程；DSP；FLASH存儲器；SRAM存儲器；軟件升級

中圖分類號：TP302.1" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2025）07-0056-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.07.014

0" " 引言

SMJ320F240HFPM為美國德州儀器（TI）公司生產的一款數字信號處理器，其功能強大，靈活性強，具有較快的計算和響應速度，因而廣泛應用于軍工產品中。F240片內有16 kB的FLASH存儲器，用于用戶代碼的存放。產品交付用戶后，有時因為主機單位需求的變更或需對自身軟件進行完善，要對軟件進行升級。傳統的軟件升級方法為將F240仿真器連接在模塊內的編程連接器上進行程序燒寫，因此在外場進行軟件升級時需將產品從飛機上拆下，將產品開蓋進行升級，操作起來很不方便，有時甚至會引起用戶不滿。并且F240的片內FLASH存儲器容量有限，為16 kB，有時在軟件中增加一些功能后，會出現FLASH存儲器容量不足的問題。

為了解決上述問題，本文提出了一種基于F240的在線編程方法，設計專門用于程序燒寫的boot軟件，將其通過仿真器固化在F240片內的FLASH存儲器中，這部分軟件通常不需要更改，將產品的應用軟件固化在F240片外的FLASH存儲器中，這樣，當需要對產品的應用軟件進行升級時，可以不用將產品開蓋，通過在產品上連接RS-232串口電纜即可實現應用軟件的在線升級，便于維護，并且由于F240片外的FLASH存儲器可以根據實際需要選擇容量更大的存儲器，因此可以解決應用軟件功能增加后導致F240片內FLASH存儲器容量不足的問題。

1" " 硬件設計

某航空機載遠程接口單元為實現通過RS-232串口進行在線編程，并解決軟件功能增加后出現的F240片內FLASH容量不足問題，進行了設計更改。實現該遠程接口單元在線編程的硬件系統包括F240、時鐘、SRAM存儲器、FLASH存儲器、可編程邏輯器件、RS-232信號收發器等，其原理框圖如圖1所示。

其中，F240、時鐘、可編程邏輯器件、RS-232電路可沿用該遠程接口單元之前的硬件設計，FLASH存儲器是為了實現在線編程新增的元器件，SRAM存儲器是為了實現在線編程更換的元器件。更換SRAM存儲器是由于在進行軟件調試時需將軟件加載到SRAM存儲器中，且在生成串口燒寫的文件時，需要將軟件先加載至SRAM存儲器中生成.dat文件，因此軟件的大小除了受到FLASH存儲器容量的限制，也受到SRAM存儲器容量的限制。在某遠程接口單元中，原來選用了2片容量為32k×8 B的SRAM，即2片總容量為32k×16 B，更改后將2片SRAM存儲器更換成1片容量更大的SRAM存儲器。

1.1" " 處理器和時鐘

處理器采用美國TI公司推出的一款高性能低功耗的16位定點數字信號處理器——SMJ320F240HFPM，該處理器具有高速、低功耗、工作溫度為-55～+125 ℃等特點，產品最高頻率可達20 MHz，運算處理能力為20 MIPS。其主要特征如下：

1）采用高性能靜態COMS工藝，四種低功耗操作模式可進一步節電。

2）具有544 B片內數據/程序DARAM，16 kB FLASH EEPROM程序存儲器[1]，共計224 kB的存儲空間（包括64 kB的程序存儲空間、64 kB的局部數據存儲空間、64 kB的I/O訪問空間及32 kB的局部數據存儲空間）。采用先進的哈佛結構，它通過保持兩組分離的存儲器總線結構（程序和數據）實現全速執行，使處理能力最大。

3）4級流水線、8級硬件堆棧、6個外部中斷[2]。

4）片上集成事件管理器、ADC、28個可編程復用I/O引腳、鎖相環（PLL）時鐘發生器、具有實時中斷的看門狗電路、串行通信接口（SCI）、串行外設接口（SPI）等功能外設。

5）處理器的輸入時鐘由外部晶振提供，通過F240片內鎖相環時鐘模塊（PLL）生成CPUCLK，CPUCLK再輸入至可編程邏輯器件中，作為可編程邏輯器件的時鐘信號。

F240程序存儲器映射如圖2所示，圖中MP/MC為微處理器/微計算機方式的選擇管腳。當MP/MC為低電平時，F240被配置為微計算機方式，選用片內程序存儲器；當MP/MC為高電平時，F240被配置為微處理器方式，選用片外程序存儲器。

1.2" " SRAM存儲器

SRAM存儲器采用了1片國微公司的某型SRAM芯片，訪問時間為20 ns，存儲容量為256 kB。

SRAM芯片的數據輸入/輸出I/O0～I/O15管腳通過總線驅動器連接至F240的并行數據總線D0～D15管腳，地址輸入A0～A15管腳通過總線驅動器連接至F240的并行地址總線A0～A15管腳，部分地址輸入管腳連接至可編程邏輯器件中用于實現地址譯碼。SRAM的片選信號CE#、寫使能信號WE#、輸出使能信號OE#和高低位使能信號BHE#、BLE#連接至可編程邏輯器件的I/O管腳，由邏輯進行控制。

1.3" " FLASH存儲器

FLASH存儲器采用了1片復旦微電子的某型FLASH芯片，存儲容量為16 MB，位寬為32位，訪問時間為70 ns，常溫擦寫次數為1萬次。

FLASH芯片的數據輸入/輸出I/O0～I/O15管腳通過總線驅動器連接至F240的并行數據總線D0～D15管腳，地址輸入A0～A15管腳通過總線驅動器連接至F240的并行地址總線A0～A15管腳，部分地址輸入管腳連接至可編程邏輯器件中用于實現地址譯碼。FLASH的片選使能管腳CE1#～CE4#、芯片寫使能管腳WE1#～WE4#、公共輸出使能管腳OE#連接至可編程邏輯器件的I/O管腳，由邏輯進行控制。

2" " boot軟件設計

2.1" " 工作方式選擇

遠程接口單元系統有兩種運行方式：周期監控狀態、調試維護狀態。根據外部離散量信號（GSE開關、IP1開關）決定運行哪種工作方式。周期監控狀態運行方式滿足用戶全部功能、性能要求；調試維護狀態必須在地面進行，主要目的是實現遠程接口單元軟件的在板編程及數據下載。遠程接口單元上電后，首先檢測GSE開關、IP1開關的狀態，并根據二者狀態進入相應的工作方式。

遠程接口單元工作方式定義如表1所示。

GSE和IP1均為“地/開”離散量輸入信號，“開”時為1，“地”時為0。

當GSE=1時，則不再檢測IP1的狀態，進入周期監控狀態，此時跳轉至程序空間地址入口0x4000，執行應用軟件。

當GSE=0時，繼續檢測IP1的狀態：

1）若IP1=0，進入數據下載狀態，該狀態用于下載記錄在RIU內部的數據信息，這些數據信息可用來進行故障排查。

2）若IP1=1，進入在板編程狀態，該狀態用于應用軟件的在線升級。

2.2" " 擦除

由于FLASH存儲器的寫操作只能將1變為0，而不能將0變為1，只有擦除操作可以把0變為1[3]，因此如果要改變存儲單元的狀態，必須先將其擦除，將所有位都寫為1，然后再進行寫入操作。擦除操作可以擦除一個扇區或整個芯片，本文介紹的方法采用扇區擦除。所用FLASH的擦除操作需要通過執行相應的命令序列[4]實現，命令序列定義如表2所示。

2.3" " 編程

從RS-232串口接收數據，并進行校驗和檢查，檢查接收的編程起始地址和編程長度是否滿足要求，如滿足要求，則將從串口接收的字符以塊的方式寫入到FLASH中，并進行校驗和檢查。器件的編程同樣需要通過執行相應的命令序列實現，命令序列定義如表2所示。

3" " 具體實現方法

3.1" " 燒寫文件的生成方法

使用TI公司的CC2000集成開發環境編譯生成的.out文件不能直接通過串口進行燒寫，需將.out文件轉換成可直接通過串口燒寫的.bin文件[5]。燒寫文件的生成方法如下：

1）在調試狀態下（MP/MC信號為高電平），給產品加電，打開CC2000開發環境，將程序加載至SRAM中。

2）點擊“File/data/save”，對話框的文件名中將出現“.dat”，保存類型將出現“Hex（*.dat）”，點“保存”，出現“Storing Memory into...”對話框，在Address框中輸入編程起始地址0x4000，在Length框中輸入編程長度0x7FFF，在Page框中選Program，如圖3所示，點“OK”，當進度條結束后，則生成.dat文件，生成.dat文件后可下電。

3）在flashdsp.exe程序中，點擊“UTILITY”，點“打開”，選擇要轉換的.dat文件，點“確定”，則生成.bin文件。

3.2" " 程序燒寫方法

通過RS-232串口進行程序燒寫的方法如下：

1）連接燒程序的串口電纜，接入串口，將GSE開關撥到“0”，IP1開關撥到“1”。

2）打開串口調試程序，設置波特率及校驗位。

3）給產品上電，串口會提示是否進行編程（圖4），如確認進行編程則輸入“y”，并按回車，接下來會自動將FLASH中的0x4000～0xBFFF空間進行擦除，擦除成功后，關閉該串口調試程序。

4）打開flashport.exe后，點擊“SETPORT”，在下拉菜單中選擇“PORT PROP”。設置端口號及波特率，設置完成后點擊“OK”回到主界面（圖5）。

5）點擊主界面上的SEND DATA，出現“Form1”窗口，點擊“OPEN”選擇要燒入的.bin文件，在PROG_ADDR框中輸入編程起始地址，點擊“SEND DATA”開始燒入程序（圖6）。

6）燒寫成功完成后，會顯示“PROGRAM OK！！”窗口，點擊“確定”（圖7），則程序燒寫完畢，給產品下電。

4" " 結束語

本文介紹了一種在地面狀態下對F240系統實現在線編程的方法，該方法已在大量產品中實現了成功應用，表明該方法可靠性高、簡單實用、操作便捷，可大大提高這些產品的可維護性和擴展性，為機載計算機F240系統的在線升級提供了一種有效的解決方案。

[參考文獻]

[1] 孟武勝，楊鵬.TMS320F240在同步電機變頻調速中的應用[J].自動化與儀表，2007，22（2）：84-87.

[2] 李虹，李春旭，路廣，等.一種可應用于數字化焊接電源的DSP芯片——TMS320F240[J].蘭州理工大學學報，2006，32（2）：5-8.

[3] 王歡，林志貴，張彩霞，等.DSC系列Flash在線編程研究與實現[J].天津工業大學學報，2012，31（5）：84-88.

[4] 崔迎煒，張曉林.利用DSP實現FLASH的在線編程[J].遙測遙控，2002，23（6）：33-36.

[5] 劉政華，常培平.RS422總線的TMS320F2812軟件在線加載方法[J].單片機與嵌入式系統應用，2019，19（5）：63-66.

收稿日期：2024-12-24

作者簡介：艾莉（1982—），女，陜西西安人，高級工程師，研究方向：機載計算機技術。