使用 Trace32 对 FLASH 编程
随着软硬件复杂性的增加，在嵌入式系统开发中，调试器对项目的开发进度、质量起着越来越重要的作用。在众多的调试器中，Lauterbach 公司的 Trace32 凭借其强大的功能，出色的性能，成为目前嵌入式系统开发中，尤其是高端系统中普遍采用的调试工具。
Trace32 除了具有对代码设置断点、跟踪调试等常规的功能以外，还能够控制对目标系统的 FLASH 进行编程。本文首先对比了 Trace32 FLASH 编程的两种方式："Emulator controlled flash programming" 和 "Target controlled flash programming"，指出"Target controlled flash programming"方式的优点；然后介绍了与 FLASH 编程相关的 Trace32 脚本命令，以及 Trace32 脚本命令与 FLASH 编程软件之间的通信机制；最后，给出了 "Target controlled flash programming" 方式的控制流程。
注：本文中使用的"编程"一词，除了具有对 FLASH 烧写的含义外，还包括擦除、校验等其它对 FLASH 的操作。
一、FLASH 编程的两种方式
对目标系统中的 FLASH 有两种方式进行编程，分别是 "Emulator controlled flash programming" 和 "Target controlled flash programming"。
在 "Emulator controlled flash programming" 方式下，所有对 FLASH 编程的操作都是由 Emulator 完成的，不使用目标系统的资源。Trace32 软件支持市面上几乎所有的 FLASH芯片（可以访问 http://www.lauterbach.com/ylist.html 查询 Trace32 支持的 FLASH 型号），只要在脚本命令 FLASH.Create 中指明目标 FLASH 的型号，地址范围以及总线的配置，用户就可以使用脚本命令直接将数据烧写到 FLASH，不需要编写任何对 FLASH 操作的代码。
在 "Target controlled flash programming"方式下，对 FLASH 的编程控制是由运行在目标系统上的 FLASH 编程软件完成的，而这个软件必须由用户自行开发。此时，Trace32通过使用脚本对目标系统内存地址空间的访问，向 FLASH 编程软件传送控制参数和数据。
由于直接在目标系统的处理器上运行，采用 "Target controlled flash programming" 方式可以获得比 "Emulator controlled flash programming"方式快得多的编程速度。这对于烧写大的文件，以及生产线等场合来说十分重要。另外，只要编写相应的 FLASH 编程软件，用户选择的任何 FLASH 都能够被支持。
因此，对于 FLASH 编程的内容较少，或者对编程的时间要求不高的情况下，可以使用"Emulator controlled flash programming" 方式；但是，对于需要编程较大的文件，而且对速度要求较高的情况下，"Target controlled flash programming" 方式是唯一的选择。本文中只讨论 "Target controlled flash programming" 方式。
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二、Trace32 脚本
在 Trace32 的界面中，可以使用菜单，鼠标完成操作，也可以完全使用命令操作。事实上，Trace32 内嵌了强大的命令和脚本处理功能。使用 Trace32 的命令不仅可以完成所有的功能，而且可以获得比菜单方式更大的操纵性和灵活性。脚本以 .CMM 为后缀。
下面就介绍 Trace32 中与 FLASH 操作相关的命令，见下表：
这里列出后面需要使用到命令的详细格式，以便参考。
1． FLASH.Create
格式：
FLASH.Create <unit_number> <physical_range> <sector_size> <family_code> <bus_width> <family_code>: I28F001B | I28F200B | ... | TARGET | EEPROM | NOP <bus_width>: Byte | Word | Long | Quad |
例如，定义Am29LV640(16 bit mode, 16 bit bus, 128 sectors, 64Kbyte/sector)
FLASH.RESet FLASH.Create 1. 0x0 -- 0x7FFFFF 0x10000 AM29LV100 Word
对于采用 "Target controlled flash programming" 方式，familiy_code 必须选择为TARGET。与 FLASH 编程软件的连接由 FLASH.Target 完成。
2． FLASH.Erase
格式：
FLASH.Erase <unit> | <address_range> | ALL |
例如：
FLASH.Erase 0x0 -- 0x1FFFF FLASH.Erase ALL
3． FLASH.Program
格式：
FLASH.Program [<unit> | <address_range> | ALL | OFF] |
一旦激活了编程模式，任何对 FLASH 地址空间的写访问操作将会导致对 FLASH 的编程。例如：
FLASH.Program ALL Data.LOAD.Binary data.bin /Word <- 装载数据到FLASH空间 FLASH.Program OFF … |
4． FLASH.TARGET
格式：
FLASH.TARGET <code_address> <data_address> [<buffer_size>] [<file>] <code_address>
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运行在目标系统上的 FLASH 编程软件被下载到的 RAM 起始地址，占用的大小为FLASH 编程软件本身的大小，另外再加上 32 字节。
- <data_address>
参数块的起始地址，大小为 32 字节（参数块）+ <buffer_size> + 256 字节（stack）。 - <buffer_size>
从 Trace32 软件一次传递给 FLASH 编程软件的数据字节数。建议的缓冲大小为 4KB。 - <FLASH_algorithm>
二进制形式的 FLASH 编程软件。
使用上面这些命令进行 FLASH 编程的一般步骤是：
1） 首先使用 FLASH.Create 定义目标 FLASH 的地址空间，类型，及总线配置。
2） 对于"Target controlled flash programming"方式，必须向目标系统加载 FLASH 编程软件。FLASH.Target 命令把 FLASH 编程软件的起始地址，参数块的起始地址，以及缓冲区大小等信息通知 Trace32。FLASH.Program 和 FLASH.Erase 命令就会调用确定的 FLASH 编程软件，并传递合适的参数。
3） FLASH.Program 启动编程模式后，如果有数据传输命令执行（如 Data.Set 或者Data.LOAD），Trace32 会检查数据传输的地址是否落在 1）中定义的 FLASH 地址空间内。如果是，Trace32 会根据缓冲区的大小，把部分数据填充到数据缓冲区中，初始化参数块，设置目标系统的 PC 为 FLASH 编程软件的起始地址，并开始执行。执行结束后，控制权回到 Trace32。Trace32 检查返回的信息（也在参数块中），如果正常，继续处理剩余的数据。
下面通过一个例子来说明：
目标系统的配置了的 FLASH 为 Intel Strata FLASH 28F320J3A（16 bit mode, word access），CPU 为 ARM core。
目标系统的内存影像（memory map）为：
- FLASH: 0x0 - 0x3FFFFF
- RAM 起始地址：0xA0000000
相应的 Trace32 脚本为：
FLASH.RESet FLASH.Create 1. 0x0--0x3FFFFF 0x20000 TARGET Word FLASH.Target 0xA0000000 0xA0001000 0x1000 ~~/demo/arm/FLASH/word/i28f200j3.bin FLASH.Erase 1. FLASH.Program 1. Data.LOAD.Elf my_application.elf /Word FLASH.Program OFF |
首先，通过 FLASH.Create 创建一个 FLASH 区域1，地址范围为 0x0 到 0x3FFFFF，Sector 的大小为 0x20000，对此 FLASH 区域的编程软件由 TARGET 指定。WORD 参数则指明目标系统 CPU 访问 FLASH 的数据宽度（还可以是 BYTE, LONG, QUAD）。
FLASH.Target 指定对 FLASH 区域编程软件的位置在 0xA0000000，参数块在0xA0001000。参数块后面一般紧跟着数据缓冲区，缓冲区的大小为 0x1000。编程软件是~~/demo/arm/FLASH/word/i28f200j3.bin。
接着擦除 FLASH 区域 1，然后启动 FLASH 编程模式。
Data.load.elf 命令将 my_application.elf 装载到 FLASH 区域，触发了 FLASH 编程软件，从而被写入到指定的 FLASH 区域中。
最后，关闭 FLASH 编程模式。
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三、Trace32 命令与 FLASH 编程软件之间的通信机制
从上面的例子可知，在 Trace32 软件与 FLASH 操作程序之间有一个数据交换区-参数块，用来传递控制命令和数据，并返回操作结果。参数块的位置是由FLASH.Target命令中的data_address指定的。紧跟着参数块是缓冲区。
参数块的定义如下：
操作结束后，参数块存放操作的返回结果：
参数块以及紧跟的缓冲区的相应 C 语言定义如下：
struct {
ulong32 flashaddr;
ulong32 flashwidth;
ulong32 width;
ulong32 offset;
ulong32 addr;
ulong32 size;
ulong32 reserved;
ulong32 status; /* in: 1=program, 2=erase, out: 0=o.k., 0x100=fail */
uchar8 data[4096]; /* Programming Buffer, size can be made smaller
(FLASH.TARGET command) */
} FlashParameter;
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四、Target controlled flash programming 流程
开发基于"Target controlled flash programming" 方式的一般流程为：
1． 编写在目标系统上运行的 FLASH 编程软件
2． 将 FLASH 编程软件装载到目标系统的 RAM 中（使用 Data.LOAD 命令）
3． 通过命令 FLASH.Create 和 FLASH.Target 命令将 Trace32 连接到目标系统上的FLASH 编程软件
4． 使用命令 FLASH.Program，FLASH.Erase 等命令控制对目标系统上 FLASH 的操作，这些命令会调用 FLASH 编程软件中相应的功能，并传递合适的参数
实例（AM29F800）
目标系统上有两块型号为 AM29F800 的 FLASH，每块 FLASH 的数据宽度为 16bit，两块合并成 32bit 宽度。每块 FLASH 有 1MB 的大小，它们的起始地址为 0x200000。
目标系统上还配置了 SRAM，大小为 8kB，地址范围是 0H 到 1FFFH。
为目标系统开发的 FLASH 编程软件为 FLASHprog.bin（大小为 450H 字节，二进制格式）。参数块被安排在 SRAM 的地址 0H 开始。
需要烧入目标系统 FLASH 的应用程序为 application.elf（ELF 格式，起始位置为0x200000）。这里需要说明的是，在联接产生 application.elf 时，必须通过联接脚本 - SCL 文件指定其起始位置为 0x200000。这样"Data.load.elf application.elf "命令就会将 application.elf 装载到从 0x200000 开始的地址空间。
对于这样的应用，需要编写一个控制脚本（CMM 文件），同时还要开发一个 FLASH的编程软件。下面首先介绍控制脚本的内容，然后给出了 FLASH 编程软件的流程。
控制脚本
控制脚本的内容如下：
1） 进行必要的目标系统设置，特别是片选配置，使得 SRAM 和 FLASH 都落在安排的地址空间中
2） 将 FLASH 编程软件 FLASHprog.bin 装载到 SRAM 中地址 0x1200 处: Data.LOAD.B FLASHprog.bin 1200
3） 在 FLSAH 编程软件的结束位置设置断点（break.set swbp），这样在执行结束后，控制可以交回给 Trace32
4） 通知 Trace32 关于 FLASH 的配置，FLASH 编程软件的位置，参数块以及数据缓冲区的位置
FLASH.Create 200000--3fffff TARGET LONG FLASH.TARGET 1200 0 1000
此时 SRAM 的内存安排为：
5） 擦除整个 FLASH
FLASH.Erase ALL
6） 编程应用程序 application.elf
FLASH.Program ALL
Data.LOAD.elf application.elf
FLASH.Program OFF
执行 FLASH.Erase ALL 命令时，调用 FLASH 编程软件的擦除功能，相应的参数块填充为：
此时，数据缓冲区没有内容。
擦除结束后，遇到设置的断点，控制权交回给 Trace32，参数表中为返回的状态：
执行 Data.LOAD.bin application.bin 时，调用 FLASH 编程软件的编程功能，相应的参数块填充为：
此时缓冲区中填充了需要编程的数据。
编程结束后，控制权交回给 Trace32，参数表中为返回的状态：
如果没有错误发生，以上的编程过程会一直下去，直到 application.bin 中的数据全部传输完毕。
FLASH 编程软件
FLASH 编程软件的流程为：
1） 定义参数块的数据结构：
struct FlashParameter flash_param;
FlashParameter 的定义见上文。
2） 定义每个功能对应的功能号：
#define FLASH_PROGRAM 0x00000001 #define FLASH_ERASE 0x00000002 #define FLASH_CHIP_ERASE 0x00000005 …其它功能号 |
3） 主控制流程：
switch ( flash_param.status )
{
case FLASH_PROGRAM:
flash_program();
break;
case FLASH_ERASE:
flash_erase();
break;
…其它功能
}
flash_program() 函数从参数块中获取编程的数据、大小以及编程的目标地址，
实现对 FLASH 的编程功能。
flash_erase() 函数从参数块中获取擦除的目标地址以及大小，
实现对 FLASH 的擦除功能。
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4） SCL 文件
RAM 0x200000
{
CODE 0x200000
{
main.o (+RO)
* (+RO)
}
APP_RAM +0x0
{
* (+RW, +ZI)
}
}
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参考资料
- Trace32 Online Help
- Arm ADS Online Book
关于作者
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汤凯，通过 [email protected] 可以跟他联系。 |