基于IAP的ARM7程序在线更新设计

ARM处理器是一种高性能、低成本、低功耗的RISC微处理器，是目前最为流行的微处理器之一。ARM7作为ARM微处理器系列中的一员，广泛应用于工业控制、网络应用、消费电子和安全产品等。实际应用中往往需要对产品的程序进行升级以提升性能或消除缺陷，如何对已经投入使用的产品进行方便可靠的程序在线升级，是产品设计初期必须考虑的问题。尽管目前绝大多数基于Flash结构的ARM7芯片具备ISP功能，但是这需要特定的烧写软件支持和专业人员操作。烧写软件由芯片厂商提供，不便于集成到产品的主机端软件中。在产品软件功能中添加简单易用的程序升级功能十分必要，文中以NXP公司的ARM7芯片LPC2132为例，为具有IAP功能的ARM7芯片提出一个稳定的在线升级方案。

1 IAP功能介绍
在应用编程IAP(In-Application Programming)是应用在Flash程序存储器的一种编程模式。它可以在应用程序正常运行的情况下，通过调用特定的IAP程序对另外一段程序Flash空间进行读／写操作，甚至可以控制对某段、某页甚至某个字节的读／写操作，这为数据存储和固件的现场升级带来了更大的灵活性。LPC2132的IAP程序位于芯片的BootBlock中，芯片出厂时由厂家写入，不可修改。IAP程序是Thumb代码，位于地址0x7FFFFFFO(重映射后地址)处。IAP功能函数可以通过如下代码方便的调用。
void(*IAP)(unsigned int parameter[]， un-signed int result[])；／／定义函数指针变量IAP，／／IAP指向的函数的参数为两个unsinged int数组
IAP=(void(*)())0x7fff_fff1／／设置函数指针，因为是Thumb代码，地址最低位设定为1
unsigned int parameter_in；／／通过设定parame-ter_in各成员的值，实现各种IAP功能
usingned int result_out；
(*IAP)(parameter_in，result_out)；／／调用特定功能的函数，执行结果存入result_out中
／／IAP的命令码、状态码和命令。

2 程序更新流程
LPC2132有64 kB的Flash存储器，16 kB的RAM。Flash分为8个扇区，每个扇区4 kB空间，整个Flash存储器占用的地址空间为0x0000_0000-0x0000_ffff。为了实现用户程序运行过程中的程序更新，可以设计一段特定的驻留代码，专门用于接收来自主机新的代码，将其烧写到相应的Flash空间，完成后跳转到新的代码去执行新的程序，用户程序接收到来自主机的更新命令后跳转到这段驻留代码。驻留代码通过串口接收命令，调用IAP函数烧写Flash，代码比较少，编译生成的映像文件4 kB，通过JTAG口将这段代码烧写到第一个4 kB扇区，每次系统上电或重启后先执行驻留代码，其运行流程为：
(1)初始化串口，查询接受缓冲区，检测是否受到主机发来的4 bit数据包0x55 0xaa 0xff 0xff，其中前2 bit 0x55 0xaa为命令头；第3 bit 0xff为命令，表示需要更新；第4 bit为命令和校验。整个查询过程持续100 ms，如果在100 ms内没有收到此命令包，跳到应用程序入口执行旧程序，如收到该命令包，返回0xff，通知主机收到命令，执行下一步；
(2)接受主机发来的数据包，其格式如表1所示。

将接收到的4 kB数据存入SRAM，接收的同时计算数据载荷的8位校验和，对比校验和，如果校验和不对，给主机返回0x00表示接收不成功，主机会将当前包重发一遍；如果正确通过调用擦除IAP函数擦除当前需要写入的扇区，再调用写入IAP函数将RAM中的4 kB数据一次写入对应的扇区(通过配置上面提到的IAP函数参数parameter_in实现擦除和写入功能)，给主机返回0xff，表示操作成功；