AT91SAM7Sxx系列MCU Boot-Loader的设计

　　AT91SAM7xx 系列是Atmel 公司推出的基于ARM7内核的32位MCU.用户代码编译在Thumb 模式下可获得16位指令宽度，从而节约内部程序空间。目前这个系列芯片的内部Flash空间范围从32KB到256KB， RAM空间范围是8KB 到 6？KB.除了SAM7S32外，这个系列的芯片都内嵌有USB2.0全速通讯模块。本文介绍的就是基于USB接口的用户程序升级工具。

　　我们知道 Atmel 公司为这个系列芯片提供了 SAM-BA 下载工具。这个工具在产品阶段的应用有一定的局限，就是为了启动芯片内部的 SAM-BA 程序，用户需要短接芯片的TST引脚到电源端，然后上电10秒钟，再重新上电。本文介绍的Boot-loader 程序常驻在芯片内部Flash空间，启动方法是用户按住产品的一个特定的按键然后上电。这样大大简化了产品固件的升级过程。

　　1 Boot-loader 在Flash中的位置

　　为了在整个SAM7Sxx系列中通用同一个Boot-Loader程序，我们把它定位在Flash的低端位置偏移量为0x800至0x15ff位置，共占用3584个字节空间。相应的用户程序在链接时要避开使用这段地址。笔者采用的是IAR编译环境，需要修改链接目标定位控制文件达到定位目标文件的目的。以S256为例，需要修改at91SAM7S256_NoRemap.xcl 文件

　　Boot-loader 的链接控制文件中需要修改的项目有：

　　-DROMSTART1=00 中断向量表起始位置

　　-DROMEND1=3F 中断向量表结束位置

　　-DROMSTART2=800 目标程序起始位置

　　-DROMEND2=15FF 目标程序结束位置

　　CODE， ICODE CONST 的定位同样需要相应的修改。

　　Boot-loader 启动文件为Atmel提供（Cstartup.s79），但需要作一定修改：

　　RSEG ICODE：CODE：ROOT（2） 改为RSEG INTVEC：CODE：ROOT（2） 把异常向量表定位在0x00至0x3f.

　　异常向量表的末端添加语句RSEG ICODE：CODE：ROOT（2） 把启动代码定位在CODE段。

　　用户应用项目需要修改at91SAM7S256_NoRemap.xcl文件中

　　-DROMSTART1=00 中断向量表及启动代码起始位置

　　-DROMEND1=7FF 中断向量表及启动代码结束位置

　　-DROMSTART2=1600 目标程序起始位置

　　-DROMEND2=3FFFF 目标程序结束位置

　　CODE， ICODE CONST 的定位同样需要相应的修改。以避免和Boot-Loader 地址重叠。

{$page$}

　　2 Boot-Loader 的实现

　　2.1 Boot-Loader 的启动

　　上电复位后，PC指针首先指向Boot-Loader，Boot-Loader首先初始化IO口，然后判断用户有无按下启动Boot-Loader的按键。如果该键没有被按下，同时Flash内有用户代码，则跳到用户程序入口。下面代码是用汇编写用户入口子程序。

　　PUBLIC EnterUser

　　CODE16

　　EnterUser：

　　ldr r1， = 0x15fc ； 0x15fc 保存用户入口地址

　　ldr r0， [r1，#0]

　　bx r0

　　如果用户在上电时有按下该键，则运行Boot-Loader 的主循环。

　　2.2 USB 驱动

　　USB驱动采用HID类以省下开发驱动程序的需要。HID的报表采用如下结构：

　　const char LoaderDescriptor[] = {

　　0x06， 0xA0， 0xFF， // 厂家定义用途

　　0x09， 0x01， // 厂家定义用途

　　0xA1， 0x01， // 报表集合：应用

　　// The Input report

　　0x09， 0x03， // 厂家定义的报表ID

　　0x15， 0x00， // 逻辑最小值 （0）

　　0x26， 0xFF， 0x00， // 逻辑最大值（255）

　　0x75， 0x08， // 报表位宽（8 位）

　　0x95， 0x03， // 报表长度（3 ）

　　0x81， 0x02， // 输入报表

　　// The Output report

　　0x09， 0x04， // 厂家定义的报表ID

　　0x15， 0x00， // 逻辑最小值 （0）

　　0x26， 0xFF， 0x00， // 逻辑最大值 （255）

　　0x75， 0x08， // 报表位宽

　　0x96， 0x04， 0x01， // 报表长度（260 字节）

　　0x91， 0x02， // 输出报表

　　0xC0}； // 集合结束

　　这样PC下传的数据报大小是260B，其中第一字节为写命令，第二，第三字节是用户固件的页地址（用户固件需编译为二进制文件*.bin）。接下来是256字节的固件数据。

　　2.3 Flash 的操作

　　把所有操作Flash的函数定义在RAM空间，例如：

　　__ramfunc int CFlash：：Erase_All（void）

　　因为SAM7Sxx系列的Flash采用单层结构，不允许程序在Flash上运行的同时改写Flash的内容， 所以要将操作Flash的程序放在RAM中运行。

　　2.4 数据包的处理

　　第一个数据包包含用户启动代码和异常向量表。Boot-Loader需要修改复位向量，并保存用户入口地址（伪代码如下）

　　if （Page == 0） {

　　Get User Entrance Address

　　Replace User Entrance Address with Boot-Loader Entrance Address

　　Program first page into Flash

　　Set flag to indicate an unfinished task

　　Calculate checksum and return to PC

　　}

　　收到结束指令后需要设置完成标志（伪代码如下）：

　　if （Command == END_OF_TASK） {

　　Write last page into Flash

　　Reset unfinished flag

　　Calculate checksum and return to PC

　　}

　　如果页地址与boot-loader 重叠，则不进行写操作，仅返成功标志给PC：

　　if （ （Page >= BL_START_PAGE） && （Page <= BL_END_PAGE） ） {

　　ret = true ；

　　break ；

　　}

　　3 PC端下载软件的实现简介

　　下面是标准的PC端操作流程：

　　- 获得USB HID 类GUID

　　- 获得所有HID设备结构数组

　　- 根据VID PID 获得设备信息

　　- 打开设备句柄

　　- 与Boot-Loader 进行通讯

　　以上操作步骤在Windows， MacOS， Linux 中都是通用的，读者可以在参考文献3找到关于PC端程序实现的具体方法。

　　4 结论

　　本文介绍的实现方法简化了AT91SAM7Sxx系列用户程序升级过程。HID类的USB接口增加了产品跨平台应用的灵活性。笔者测试下载25K代码约2秒钟，具有一定实用价值。

　　参考文献

　　[1] at91sam7s_full.pdf. Http://www.at91.com

　　[2] HID1_11.pdf. Http://www.usb.org

　　[3] Stuart Allman Using the HID class eases the job of writing USB device drivers. Http://www.edn.com