SD卡启动的PowerPC NOR Flash自动烧写方法

46M i c r o c o n t r o l l e r s &E m b e d d e d S y s t e m s 2019年第10期w w w .m e s n e t .c o m .c nS D 卡启动的P o w e r P C N O R F l a s h 自动烧写方法张佃青,郑青青,郭雷,詹雄,杨立(南瑞集团中电普瑞科技有限公司,北京102200)摘要:提出了一种基于S D 卡启动方式的P o w e r P C N O R F l a s h 自动烧写的方法,该方法通过S D 卡启动,读取存储在S D卡中的N O R F l a s h 烧写镜像,实现将烧写镜像自动烧写到F l a s h 芯片中㊂该方法省去了以往嵌入式P o w e r P C F l a s h 芯片首次烧写u b o o t 必需的专用烧写器㊂实际工程应用及测试结果表明,该方法运行稳定可靠,可大幅度提高生产烧写效率,具有较高的工程应用价值㊂关键词:S D 卡;P o w e r P C ;N O R F l a s h ;自动烧写中图分类号:T P 368 文献标识码:AA u t o F l a s h -b u r n i n g M e t h o d f o r P o w e r P C N O R F l a s hB a s e d o n S DC a r d B o o t i n g-m o d e Z h a n g D i a n q i n g ,Z h e n g Q i n g q i n g ,G u o L e i ,Z h a n X i o n g ,Y a n g Li (N A R I G r o u p C o r p o r a t i o n ,C h i n a E P R I S c i e n c e &T e c h n o l o g y C o .,L t d .,B e i j i n g 102200,C h i n a )A b s t r a c t :I n t h e p a p e r ,a m e t h o d f o r P o w e r P C N O R F l a s h a u t o f l a s h -b u r n i n g b a s e d o n S D c a r d b o o t i n g-m o d e i s p r e s e n t e d .T h e m e t h o d b o o t s w i t h S D c a r d ,r e a d s t h e N O R F l a s h b u r n i n g i m a g e s t o r e d i n S D c a r d ,a n d a u t o m a t i c a l l y w r i t e s t h e b u r n i n g i m a g e t o F l a s h c h i p.T h i s m e t h o d r e m o v e s t h e s p e c i a l -p u r p o s e f l a s h -b u r n e r w h i c h i s n e c e s s a r y to b u r n u b o o t f o r t h e f i r s t t i m e i n e m b e d d e d P o w e r P C F l a s h c h i p .T h e p r a c t i c a l e n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n a n d t e s t r e s u l t s s h o w t h a t t h e m e t h o d i s s t a b l e a n d r e l i a b l e ,a n d c a n g r e a t l y i m pr o v e t h e b u r n -i n g e f f i c i e n c y o f p r o d u c t i o n .I t h a s h i g h e n g i n e e r i n g a p pl i c a t i o n v a l u e .K e y wo r d s :S D c a r d ;P o w e r P C ;N O R F l a s h ;a u t o f l a s h -b u r n i n g 引 言在嵌入式系统应用领域,N O R F l a s h 作为一种非易失存储芯片,由于地址线和数据线分开,可供C P U 直接寻址,可在F l a s h 芯片上直接执行启动程序,无需将启动程序复制到内存中,因此N O R F l a s h 芯片被广泛用作A R M ㊁P o w e r P C 等嵌入式处理器芯片的系统启动芯片㊂目前,在嵌入式系统板卡开发中,一般先将u b o o t 引导程序烧入N O R F l a s h ,之后可在u b o o t 下通过T F T P 方式更新u b o o t 或烧写k e r n e l 内核㊁r o o t f s 根文件系统㊂目前u b o o t 烧写方法主要有以下几种:①使用专用仿真器,如J l i n k ㊁T r a c e 32等,利用板卡J T A G 口烧写到N O R F l a s h中;②使用以太网T F T P 工具,通过串口㊁C A N 总线[1]或V X I 总线[3]在u b o o t 中人工输入烧写命令更新N O RF l a s h 芯片程序;③使用专用烧录器,将N O R F l a s h 芯片烧写完成后,再焊接到板卡上或插到封装座上㊂第一种和第二种烧写方法较为常见,适用于N O RF l a s h 芯片已经焊接到板卡上,但第一种方法需要专用烧写器,而且T r a c e 32等烧写器价格较高;第二种方法只需要网线和串口线,但必须要求烧写前N O R F l a s h 芯片已通过专用烧写器烧写完u b o o t ,不适合初次烧写u b o o t;第三种方法适合大批量生产,但需要额外的烧录器,专用烧录器价格也比较高㊂以上三种方法烧写N O R F l a s h 时均需要人工操作仿真器㊁烧录器或手动输入串口命令,且操作过程相对复杂㊂参考文献[2]提出了利用S D 卡烧写A R M 芯片N A N D F l a s h 的方法,和P o w e r P C 的N O RF l a s h 烧写工具及命令存在较大差异,且要明确S D 卡中扇区大小,不便操作㊂本文利用飞思卡尔(现已被N X P 收购)P o w e r P C 处理器芯片S D 卡启动方式,将S D 卡设置启动区和数据存储区㊂将N O R F l a s h 启动用u b o o t 引导程序㊁L i n u x k e r -n e l 内核㊁r o o t f s 根文件系统㊁d t b 设备树文件存放到S D 卡数据存储区分区中㊂S D 卡启动区写入S D 卡启动专用u b o o t ,并在该u b o o t 中设置自动烧写命令,P o w e r P C 从S D 卡启动时,自动执行N O R F l a s h 烧写命令,无需专用烧写器,无需人工输入烧写命令,可大幅度提高生产烧写效率,适用于首次烧写u b o o t ㊁更新u b o o t ㊁烧写内核及文件系统等镜像,且无需指定S D 卡扇区,使用简单方便㊂敬请登录网站在线投稿 2019年第10期471 P o w e r P C N O R F l a s h 烧写系统硬件架构P o w e r P C N O R F l a s h 烧写系统硬件总体框图如图1所示㊂系统包括P o w e r P C 模块㊁N O R F l a s h 模块和S D卡图1 Po w e r P C N O R F l a s h 烧写系统硬件总体框图模块,其中P o w e r P C 模块可选择两种启动方式,分别为N O R F l a s h 启动和S D 卡启动,采用跳线方式选择;N O RF l a s h 模块为N O R F l a s h 芯片部分,接到P o w e r P C L o -c a l B u s 总线,用于N O RF l a s h 启动;S D 卡模块为S D 卡电路部分,用于S D 卡启动和存储u b o o t 等数据㊂2 P o w e r P C N O R F l a s h 烧写系统设计2.1 硬件设计P o w e r P C N O R F l a s h 烧写系统硬件如图2所示㊂图2 P o w e r P C N O R F l a s h 烧写系统硬件选用飞思卡尔公司的P 1020作为处理器,该芯片是专用的网络通信处理芯片,双核,每核时钟最高频率各为800MH z [6]㊂通过内部D D R 2控制器外扩D D R 2存储器,为程序运行和数据动态处理提供存储空间,其型号为M T 47H 64M 16H R 3I T E ,容量为64M B ˑ32位,速度为667MH z ;通过e S D H C 接口外扩S D 卡,为应用程序㊁大量数据存储提供空间,其型号为S a n D i s k 03S D S D A A008G ,容量为8G B ;通过L o c a l B u s 局部总线外扩N O RF l a s h 存储器,用来存储u b o o t ㊁内核㊁设备树㊁文件系统(存储应用程序)等,其型号为S 29G L 01G P 12T F I 01,容量为64M B ˑ16位,同时通过该局部总线与F P G A 通信;通过e T S E C 接口外扩以太网P H Y 芯片,实现对外通信㊂2.2 启动用S D 卡设计P o w e r P C 启动S D 卡主要实现如下功能:①S D 卡启动专用u b o o t 引导P o w e r P C 从S D 卡中启动;②专用u b o o t 启动系统后,从S D 卡中读取需烧入N O R F l a s h 的u b o o t㊁内核㊁文件系统等烧写镜像;③专用u b o o t 自动执行上述镜像的烧写命令,直至完成烧写㊂启动S D 卡的制作步骤如下:①配置S D 卡启动专用u b o o t ,本系统采用2009.11版本,生成b i n 文件时,配置为S D 启动;②修改D D R 配置d a t 文件,设置D D R 速率为667M T /s;③在u b u n t u 12.04系统中,格式化S D 卡,第一分区文件格式为F A T 32,并将文件系统标识选为b o o t a b l e 可启动;④将烧入N O R F l a s h 的u b o o t ㊁内核㊁文件系统等烧写镜像拷贝到S D 卡中第一分区;⑤在u b u n t u 12.04系统中,使用b o o t _f o r m a t _s d k 工具,通过如下命令将S D 卡启动专用u b o o t 写入S D 卡中:./b o o t _f o r m a t _s d k c o n f i g _sr a m _p 1020_667M.d a t u -b o o t .b i n -s d /d e v /s d b至此完成启动S D 卡制作㊂2.3 N O R F l a s h 分区设计N O R F l a s h 容量为128M B ,为文件系统设置112M B 分区大小,剩余空间6M B 大小,u b o o t 固定大小512K B ,设备树约13K B ,L i n u x 内核大小约3.1M B ㊂N O R F l a s h分区如表1所列㊂表1 N O R F l a s h 分区文件名称文件大小分配空间分配地址u b o o t固定512K B 512K B e f f 80000~e f f f f f f f l i n u x 内核约3.1M B 4M B e f 100000~e f 4f f f f f设备树约13K B1M Be f 000000~e f 0f f f f f文件系统固定112M B112M Be 8000000~e ef f f f f f3 P o w e r P C N O R F l a s h 烧写流程烧写N O R F l a s h 前,应先将P o w e r P C 启动方式选择跳线设置为S D 卡启动,P o w e r P C N O R F l a s h 烧写流程如图3所示㊂烧写具体流程如下:①首先板卡P o w e r P C 上电后,先判断启动方式配置引脚电平状态,确定是S D 卡启动还是F l a s h 启动;②确定S D 卡启动方式后,先从S D 卡启动区将S D专用u b o o t 引导程序4K B 代码段拷贝至P o w e r P C 内部S R AM 运行,完成时钟㊁D D R 内存㊁F l a s h 初始化,之后将u b o o t 剩余代码拷贝到D D R 中运行;③S D 专用u b o o t 引导程序中执行已预设自动烧写命令,烧写前先从S D 卡数据区读取u b o o t㊁内核㊁文件系统等烧写镜像,之后执行F l a s h 烧写至完成㊂以下为具体烧48M i c r o c o n t r o l l e r s &E m b e d d e d S ys t e m s 2019年第10期w w w .m e s n e t .c o m .c n图3 P o w e r P C N O R F l a s h 烧写流程写命令:烧写u b o o t :f a t l o a d mm c 0:11000000/u b o o t .b i n ;p r o t e c t o f f a l l ;e r a s e e f f 80000e f f f f f f f ;c p.b 1000000e f f 80000$f i l e s i z e 烧写内核:f a t l o a d mm c 0:11000000/u I m ag e ;e r a s e e f 100000e f 4f f f f f ;c p.b 1000000e f 100000$f i l e s i z e ;i m i e f 100000烧写设备树文件:f a t l o a d mm c 0:11000000/p1020r d b .d t b ;e r a s e e f 000000e f 0f f f f f ;c p.b 1000000e f 000000$f i l e s i z e 烧写文件系统:f a t l o a d mm c 0:11000000/r o o t f s _n o r .jf f s 2;e r a s e e 8000000e e f -f f f f f ;c p.b 1000000e 8000000$f i l e s i z e 每个烧写镜像烧写完成后,系统会进行结果校验,校验结果可通过串口等方式输出㊂考虑存在只烧写个别文件的情况,u b o o t 启动时预设10s 启动等待时间,在此期间,可通过串口按下电脑任意键中止自动烧写,通过手动输入烧写命令的方式完成个别文件的灵活烧写㊂4 系统测试在配置P o w e r P C P 1020通信管理插件上进行N O RF l a s h 烧写测试,并在电力系统串补㊁S V C ㊁直流融冰等多个工程项目数百块通信管理插件验证㊂烧写过程如图4所示㊂测试结果表明,基于S D 卡启动的P o w e r P C N O RF l a s h 烧写方法功能正常㊂S D 启动烧写完成后,P o w e r P C 设置为N O R F l a s h 启动后即可㊂结 语本文实现了基于S D 卡启动方式的P o w e r P C N O R F l a sh图4 P o w e r P C N O R F l a s h 烧写过程信息自动烧写的方法,已在电力系统串补㊁S V C 等多个产品的通信管理插件上成功运用㊂该方法省去了以往嵌入式P o w e r -P C F l a s h 芯片首次烧写u b o o t 必需的专用烧写器,同时实现了上电自动烧写,无需人工输入烧写命令,可大幅度提高生产烧写效率,具有较高的工程应用价值㊂参考文献[1]龚行梁,周强,赵天恩,等.C A N 总线实现的Z Y N Q 7000程序在线升级方法[J ].单片机与嵌入式系统应用,2018,18(11):6366.[2]韩晓峰,黄建国,刘洪伟,等.S D 卡直接引导的N A N D F l a s h 烧写方法[J ].单片机与嵌入式系统应用,2016,16(4):4345.[3]卢媛,张梅菊.一种在线烧写F l a s h 的方法研究与实现[J ].电子设计应用,2004(4):6061.[4]F r e e s c a l e .P 1020Q o r I Q I n t e gr a t e d P r o c e s s o r R e f e r e n c e M a n -u a l ,2013.[5]S P A N S I O N.G L S M i r r o r B i t E c l i ps e F l a s h N o n V o l a t i l e M e m o r y F a m i l y,2012.[6]F r e e s c a l e .A N 3659B o o t i n g f r o m O n C h i p ROM (e S D H C o r e S P I ),2012.张佃青(高级工程师),主要研究方向为电力电子及柔性交直流输电技术㊁嵌入式系统㊂(责任编辑:薛士然 收稿日期:2019-04-29)。