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基于USB接口的ARM9微控制器外部存儲器下載工具— MOLY-DO
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摘要: 目前市場上部分ARM系列微控制器沒有自帶燒寫外部存儲器的bootloader或者只能通過串口等實現對各種存儲器的燒寫。鑒于串口速度過慢、產品批量生產等原因,我們可以開發一個通過 USB 接口,對 ARM9微控制器(本文以LPC3250為例) 的外部存儲器進行讀寫操作,實現映像文件燒寫的 USB 下載工具 — MOLY-DO。
Abstract:
Key words :
       目前市場上部分ARM系列微控制器沒有自帶燒寫外部存儲器" title="存儲器">存儲器的bootloader或者只能通過串口等實現對各種存儲器的燒寫。鑒于串口速度過慢、產品批量生產等原因,我們可以開發一個通過 USB" title="USB">USB 接口,對 ARM9" title="ARM9">ARM9微控制器(本文以LPC3250為例) 的外部存儲器進行讀寫操作,實現映像文件燒寫的 USB 下載工具 — MOLY-DO

  MOLY-DO 分為兩個部分,其一為上位機,即常用的 Windows 應用程序,提供對 LPC3250的各種操作;其二為下位機,即可獨立運行在 LPC3250 上的固件程序,它包括 LPC3250 各種外圍設備的驅動程序以及下位機主體 USB Device 子系統。

  硬件工具:

  ○ ARM9 參考板一塊(本文以 LPC3250 終端設備為例);

  ○ 一臺有串口和 USB 接口的 PC 機;

  ○ 串口線(直連)和 USB 打印線各一根。

  工作原理

  使用串口線和 USB 打印線分別連接LPC3250 終端設備的 UART5 插槽和 USB-B 型接口到 PC 機。運行上位機 MOLY-DO 彈出一個登陸框,可選擇串口以及參考板類型,然后連接登錄 MOLY-DO 上位機主界面,其中在登錄的過程中通過串口下載usb_burn.bin 映像文件到LPC3250 SRAM,此時 LPC3250 終端運行 usb_burn.bin 映像中的固件程序,完成 LPC3250 下位機的初始化。

  在上位機主界面,可以對LPC3250 終端設備上的 SRAM、SDRAM、NANDFlash、NORFlash 以及 SPIFlash 進行讀寫操作。如:燒寫一級啟動代碼 restore.bin 到 NANDFlash 的第 0 塊,燒寫 u-boot 映像、linux 內核和文件系統映像到 NANDFlash 中。

  1.下位機

  開發工具:KEIL MDK 3.22a 或 GCC

  難點:LPC3250 中斷處理、USB Device 驅動程序以及 restore 等啟動程序的頭文件的燒寫。

  在 IRAM 中運行固件程序,自定義 USB Device 類型,配合 PC 機 USB Device 驅動程序與上位機通信。在下位機中實現各種外圍設備模塊的功能,特別是某種存儲器的讀寫操作。USB Device 子系統

  1.LPC3250 USB 設備控制器

  USB 是一種 4 線總線,它支持一個主機同時與多個外設(最多可達 127 個)之間的通信。主機控制器通過基于令牌的協議給相應的設備分配 USB 帶寬。USB 總線支持設備的熱插撥和動態配置。所有傳輸都由主機控制器來啟動。主機定義 1ms 幀的數據傳輸。每幀包含 SoF 標記和與設備端點之間傳輸的數據處理。每個設備最多包含有 16 個邏輯或 32 個物理端點。定義了 4 種類型的端點傳輸方式。控制傳輸主要用于在設備連接時對設備進行枚舉以及其他因設備而已的特定操作。中斷傳輸用于對延遲要求嚴格、小量數據的可靠傳輸,如鍵盤、游戲手柄等。批量傳輸用于對延遲要求寬松,大量數據的可靠傳輸,如U 盤等。同步傳輸用于對可靠性要求不高的實時數據傳輸,如攝像頭、USB 音響等。

  設備控制器使能與 USB 主機控制器之間的 12 Mb/s 的數據傳輸。它由寄存器接口、串行接口引擎、端點緩沖存儲器和 DMA 控制器組成。串行接口引擎對 USB 數據流進行譯碼,并將數據寫入相應的端點緩沖存儲器。結束后的 USB 傳輸或錯誤條件的狀態由狀態寄存器來指示,產生中斷(如果能中斷使能)。使能時,DMA 控制器將控制端點緩沖區和 USB RAM 之間的數據傳輸。MOLY-DO 下位機 USB

  MOLY-DO 采用 USB Full Speed 協議。邏輯端口 0 用于初始化 USB Device,在 USB 設備描述符中,我們采用自定義設備。選用邏輯端口 1、2 用于數據傳輸;其中邏輯端口 1 發送命令字,邏輯端口 2 用于數據傳輸。

  使用 DMA 模式傳輸,有關 DMA 模式傳輸,詳情請見 LPC32x0 用戶手冊。

  通過 USB 能夠對 SDRAM、SRAM、NANDFlash、NORFlash、SPIFlash 等存儲器外設進行操作,下面將對 NANDFlash 操作進行簡單介紹。

  1.NANDFlash 操作

  LPC3250 有兩個 NAND Flash 控制器,一個用于 multi level NAND Flash 設備而另外一個用于 single level NAND Flash 設備。

  在 MOLY-DO 下位機中,完全實現 SLC、MLC NAND 設備驅動程序,以供 application() 程序所調用。例如使用nand_write_sector() 函數燒寫 kickstart.bin 至 NANDFlash 中。

  目前,下位機系統已支持三星 K9F2808、K9F5608等小頁和 K9F1G08、K9F2G08等大頁以及 ST NAND128-A、NAND256-A、NAND512-A、NAND01G-A等多種 NANDFlash。

  同時,下位機還支持 SST 39VF6401B 等 NORFlash 以及 MX25L1605D 等 SPIFlash。

  2.USB Device 驅動程序

  開發工具:

  ○ DDK或WDK、BusHound 5.0、DriverStudio_3.0 和 VC++ 6.0

  原理:

  實現LPC3250 USB Device自定義設備類型驅動,開辟兩個邏輯端點分別用于指令和數據的傳輸。API 如下:Usb_Link_Data_Write、Usb_Link_Data_Read、Usb_Link_CMD_Write、Usb_Link_CMD_Read。

  生成:

  MOLY_DO_LIB.dll、MOLY_DO_LIB.lib、usb_link.inf、usb_link.sys上位機

  開發工具:Microsoft Visual Studio 2005、BusHound 5.0

  原理:通過串口使用 CComPort 類與 LPC3250 通信,完成固件代碼搬移;配置 USB 設備驅動程序,查找 LPC3250 USB 設備,實現與下位機通信,完成對各種存儲設備的操作。注:有關UART啟動握手,詳見上文或 LPC3250 用戶手冊。

  難點:CComPort類、主界面控件移動處理如:CControlPos、CSplitCtrl、CPTabCtrl等類的實現。

  1.LPC3250 UART5 啟動

  LPC3250 支持多種啟動方式。啟動程序可以識別、復制到內部 SRAM(IRAM)并從如下外部源上執行一個外部程序:

  ○ 使用UART5 或 USB 收發器的 UART 啟動。

  ○ SLC/MLC NAND Fflash 啟動。

  ○ 使用 SSP0 的 SPI 啟動。

  UART5 啟動

  UART 數據下載協議假設一個外部設備已經連接到 UART5 或 設置為 UART 模式的 USB 收發器。數據下載協議的第一個動作就是從 UART5 發送一個 boot_id,外圍設備預計回應一個 ‘A’(0x41)。如果收到一個 ‘A’,UART5 再發 boot_id。外圍設備預計回應一個 ‘U’(0x55)和一個 ‘3’(0x33)。如果 ‘U’ 和 ‘3’ 被接收到,之后 UART5 回應一個 ‘R’(0x52)。外圍設備然后會預計發送一個起始地址(32 位值;以 4 個 UART 字節連續發送),接下來是代碼數量(32 位值;以 4 個 UART 字節連續發送)的傳輸。在此時,代碼將被傳輸。傳遞的代碼按字節高低順序存放在起始地址,且當接收到正確數量的代碼后,開機程序跳轉到傳輸代碼的起始地址并退出。開機程序已經放棄控制并轉移到開始執行下載的程序。

  如果 ‘A’、’U’、’3’ 不是在 1 秒之內被接收到,超時,開機程序跳至正常啟動程序。

  主應用程序

  MOLY-DO 主窗口類CMOLYDODlg 同樣是一個 CDialog 類。在 CMOLYDODlg 類中,實現 CScrollBar(滾動條)、CLRichEditCtrl(控制臺)、CControlPos(控制控件)、CSplitCtrl 等公用子類以及各種存儲器的操作窗口類:CTabNANDDlg、CTabNORDlg、CTabSPIDlg、CTabSDRAMDly、CTabSRAMDlg。

  自定義類 CMainOpt 用于 MOLY-DO 的主操作。在此類中,通過 USB 完成與下位機的各種通信任務,如:執行操作(發命令字)、發送文件、接收文件、對比文件等等。主應用程序結構圖如圖3。

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