基于IAP的ARM7程序在線更新設(shè)計(jì)

ARM處理器是一種高性能、低成本、低功耗的RISC微處理器，是目前最為流行的微處理器之一。ARM7作為ARM微處理器系列中的一員，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、消費(fèi)電子和安全產(chǎn)品等。實(shí)際應(yīng)用中往往需要對(duì)產(chǎn)品的程序進(jìn)行升級(jí)以提升性能或消除缺陷，如何對(duì)已經(jīng)投入使用的產(chǎn)品進(jìn)行方便可靠的程序在線升級(jí)，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期必須考慮的問(wèn)題。盡管目前絕大多數(shù)基于Flash結(jié)構(gòu)的ARM7芯片具備ISP功能，但是這需要特定的燒寫(xiě)軟件支持和專業(yè)人員操作。燒寫(xiě)軟件由芯片廠商提供，不便于集成到產(chǎn)品的主機(jī)端軟件中。在產(chǎn)品軟件功能中添加簡(jiǎn)單易用的程序升級(jí)功能十分必要，文中以NXP公司的ARM7芯片LPC2132為例，為具有IAP功能的ARM7芯片提出一個(gè)穩(wěn)定的在線升級(jí)方案。

1 IAP功能介紹
在應(yīng)用編程IAP(In-Application Programming)是應(yīng)用在Flash程序存儲(chǔ)器的一種編程模式。它可以在應(yīng)用程序正常運(yùn)行的情況下，通過(guò)調(diào)用特定的IAP程序?qū)α硗庖欢纬绦騀lash空間進(jìn)行讀／寫(xiě)操作，甚至可以控制對(duì)某段、某頁(yè)甚至某個(gè)字節(jié)的讀／寫(xiě)操作，這為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和固件的現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)帶來(lái)了更大的靈活性。LPC2132的IAP程序位于芯片的BootBlock中，芯片出廠時(shí)由廠家寫(xiě)入，不可修改。IAP程序是Thumb代碼，位于地址0x7FFFFFFO(重映射后地址)處。IAP功能函數(shù)可以通過(guò)如下代碼方便的調(diào)用。
void(*IAP)(unsigned int parameter[]， un-signed int result[])；／／定義函數(shù)指針變量IAP，／／IAP指向的函數(shù)的參數(shù)為兩個(gè)unsinged int數(shù)組
IAP=(void(*)())0x7fff_fff1／／設(shè)置函數(shù)指針，因?yàn)槭荰humb代碼，地址最低位設(shè)定為1
unsigned int parameter_in；／／通過(guò)設(shè)定parame-ter_in各成員的值，實(shí)現(xiàn)各種IAP功能
usingned int result_out；
(*IAP)(parameter_in，result_out)；／／調(diào)用特定功能的函數(shù)，執(zhí)行結(jié)果存入result_out中
／／IAP的命令碼、狀態(tài)碼和命令。

2 程序更新流程
LPC2132有64 kB的Flash存儲(chǔ)器，16 kB的RAM。Flash分為8個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)4 kB空間，整個(gè)Flash存儲(chǔ)器占用的地址空間為0x0000_0000-0x0000_ffff。為了實(shí)現(xiàn)用戶程序運(yùn)行過(guò)程中的程序更新，可以設(shè)計(jì)一段特定的駐留代碼，專門(mén)用于接收來(lái)自主機(jī)新的代碼，將其燒寫(xiě)到相應(yīng)的Flash空間，完成后跳轉(zhuǎn)到新的代碼去執(zhí)行新的程序，用戶程序接收到來(lái)自主機(jī)的更新命令后跳轉(zhuǎn)到這段駐留代碼。駐留代碼通過(guò)串口接收命令，調(diào)用IAP函數(shù)燒寫(xiě)Flash，代碼比較少，編譯生成的映像文件4 kB，通過(guò)JTAG口將這段代碼燒寫(xiě)到第一個(gè)4 kB扇區(qū)，每次系統(tǒng)上電或重啟后先執(zhí)行駐留代碼，其運(yùn)行流程為：
(1)初始化串口，查詢接受緩沖區(qū)，檢測(cè)是否受到主機(jī)發(fā)來(lái)的4 bit數(shù)據(jù)包0x55 0xaa 0xff 0xff，其中前2 bit 0x55 0xaa為命令頭；第3 bit 0xff為命令，表示需要更新；第4 bit為命令和校驗(yàn)。整個(gè)查詢過(guò)程持續(xù)100 ms，如果在100 ms內(nèi)沒(méi)有收到此命令包，跳到應(yīng)用程序入口執(zhí)行舊程序，如收到該命令包，返回0xff，通知主機(jī)收到命令，執(zhí)行下一步；
(2)接受主機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)包，其格式如表1所示。

將接收到的4 kB數(shù)據(jù)存入SRAM，接收的同時(shí)計(jì)算數(shù)據(jù)載荷的8位校驗(yàn)和，對(duì)比校驗(yàn)和，如果校驗(yàn)和不對(duì)，給主機(jī)返回0x00表示接收不成功，主機(jī)會(huì)將當(dāng)前包重發(fā)一遍；如果正確通過(guò)調(diào)用擦除IAP函數(shù)擦除當(dāng)前需要寫(xiě)入的扇區(qū)，再調(diào)用寫(xiě)入IAP函數(shù)將RAM中的4 kB數(shù)據(jù)一次寫(xiě)入對(duì)應(yīng)的扇區(qū)(通過(guò)配置上面提到的IAP函數(shù)參數(shù)parameter_in實(shí)現(xiàn)擦除和寫(xiě)入功能)，給主機(jī)返回0xff，表示操作成功；