详解ARM系统代码固化的串口实现

早期的嵌入式程序采用“编程—烧写—修改—烧写”的开发模式，大量的时间消耗在重复烧写芯片上，增加了开发成本和研发周期。之后发展到仿真器阶段，虽然简化了开发模式，但是由于仿真器与ARM芯片的兼容性等因素，经常会发生程序在仿真器上能正确运行，但是固化之后运行却出现问题的情况。
　　程序的固化是软件开发过程中重要的一环，一般可通过JATG口、网口及串口等进行烧写。相比之下，串口实现更为便捷，更值得推广。笔者在开发1C1T小灵通中继站的过程中，通过编制烧写程序，利用串口将编译后的目标代码发送给ARM处理器；由ARM处理器内部的监控程序将目标代码写入片外Flash，实现程序的在线烧写。这样不仅简化了电路设计，而且降低了开发成本，缩短了开发时间。
　　1 烧写原理及过程
　　硬件连接如图1所示，ARM开发板一方面通过串口与PC机连接，另一方面通过20针IDC宽带线与仿真器相连，再由仿真器通过25针并口插座与PC机的LPT口相连。开发板通电后即可进行烧写工作。
　　如图2所示，代码固化分2个步骤进行。第1步，如虚线一所示，监控程序的映像通过仿真器下载到ARM的内部RAM中运行，用户可以在主机端用超级终端或者其他串口调试工具与开发板通信。第2步，将应用程序的可执行代码通过串口发送，如虚线二所示，此时内部RAM里的监控程序就会接收并把它烧写到Flash中。
　　
　　图1 ARM开发板与PC机的连接
　　
　　图2 代码烧写原理
　　2 监控程序的设计
　　2.1 启动代码设计
　　实现串口烧写的监控程序包括ARM启动代码、串口通信代码和Flash烧写代码3部分。ARM启动代码是整个程序运行的入口点，完成ARM系统正常运行所必需的简单初始化，然后把系统控制权交给操作系统或者高级语言编写的监控程序。由于启动代码直接对SoC内核和硬件控制器进行编程，因此必须采用汇编语言。
　　启动代码包括异常向量表的定义、各种模式的堆栈初始化、系统硬件初始化、程序运行环境初始化，最后跳转到用户C语言主程序。当系统上电或复位后首先会从逻辑地址0x0处执行。
　　ARM处理器有7种运行模式，如表1所列。每一种模式都有独立的堆栈指针寄存器（SP），因此对使用的模式都要给堆栈指针寄存器SP定义堆栈地址。改变状态寄存器（CPSR）内的状态位，使处理器切换到不同模式，然后给SP赋值就可以实现堆栈的初始化。当然，堆栈的大小视需要而定。