单片机FLASH下载算法的制作
环境
硬件使用正点原子STM32F407探索者V2开发板
编程环境使用MDK
下载工具使用JLINK
FLASH芯片使用W25Q128
什么是下载算法
单片机FLASH的下载算法是一个FLM文件，FLM通过编译链接得到，其内部包含一系列对FLASH的操作，包括初始化、擦除、写、读、校验等等操作。
单片机固件下载流程
想要制作下载算法，先要了解下载算法的工作原理。我们下载一个程序的流程大概是这样的：下载工具(比如jlink)先读取FLM文件，然后JLINK提取FLM文件的信息，将其传输到单片机的内部SRAM，下载算法在开始SRAM中运行，由于下载算法包含了一系列对FLASH的操作，那么下载工具通过下发初始化、擦除、写入、校验等指令给单片机，单片机去执行这些指令操作，实现对单片机FLASH的下载。
下载算法FLM文件的制作步骤
首先需要准备一份FLASH的驱动代码，能实现初始化、擦除，读，写等功能。
- 从MDK安装目录下拷贝一份下载算法工程，路径：MDK\ARM\PACK\ARM\CMSIS\5.4.0\Device_Template_Flash，使用的MDK版本不一样路径可能不一样。此时我们得到了一份空的下载算法工程。
- 取消工程的只读属性。
- 给工程添加分组，将Flash驱动代码和用到的库函数添加到对应的分组，和普通工程一样，根据模块添加即可。
- 添加头文件路径，把头文件的路径都包含进来。
- 给C/C++选项卡添加宏STM32F40_41xxx,USE_STDPERIPH_DRIVER。
- Device选项卡选择单片机型号。Target选项卡勾选微库。
- 在FlashDev.c文件中根据实际Flash属性修改FlashDevice结构体变量。
- 将target选项卡中的输出文件名字改成FlashDevice结构体Device Name成员中的设备名字，这一步不是必须的，只是为了输出的FLM文件名称和设备名称一致。
- 在FlashPrg.c文件中根据模板添加Flash操作的相关代码。
- 编译得到一个FLM文件。
其实上边看似繁琐，实则只有修改FlashDevice结构体变量和修改FlashPrg.c文件是我们新接触的，其它步骤在平时单片机编程中已经再熟悉不过了。接下来我们重点分析这两点。
修改FlashDevice结构体变量的值
struct FlashDevice const FlashDevice = {FLASH_DRV_VERS, // Driver Version, do not modify!"W25Q128_16M_FLM", // Device Name EXTSPI, // Device TypeFLASH_BASE_ADDR, // Device Start Address0x01000000, // Device Size in Bytes (256kB) 2M4096, // Programming Page Size 0, // Reserved, must be 00xFF, // Initial Content of Erased Memory3000, // Program Page Timeout 3000 mSec3000, // Erase Sector Timeout 3000 mSec// Specify Size and Address of Sectors0x001000, 0x000000, // Sector Size 8kB (8 Sectors)SECTOR_END
};
其实每一个成员的作用注释已经解释的很清楚了，注意这里把页编程大小改成了4096个字节，不是W25Q128指定的256个字节，这不是必须要改的，修改成4096只是为了提高下载效率。我实测把4096改成8，下载速度非常明显的变慢。
第四个实参使用了一个宏FLASH_BASE_ADDR来初始化的，我这里对FLASH_BASE_ADDR定义的是0x00000000，就以SPI FLASH为例，FLASH的存储空间是从0开始的，为什么我没有固定写0而是写了一个宏定义呢？这在我们验证下载算法的时候介绍。
器件大小、扇区大小、扇区擦除超时时间、页编程超时时间些都根据实际FLASH芯片参数填写即可。
添加FLASH接口代码到FlashPrg.c文件
在FlashPrg.c文件中有Init、UnInit、EraseChip、EraseSector、ProgramPage、Verify这些函数，每个函数的功能一目了然。函数实现如下：
int Init (unsigned long adr, unsigned long clk, unsigned long fnc) {SystemInit();//系统初始化W25QXX_Init();//初始化W25QXX芯片return (0); // Finished without Errors
}
int UnInit (unsigned long fnc) {return (0); // Finished without Errors
}
int EraseChip (void) {for(int i=0;i<4096;i++)//我用的是W25Q128{W25QXX_Erase_Sector(i);//注意这里参数是扇区的编号}return (0); // Finished without Errors
}
int EraseSector (unsigned long adr) {uint32_t sector = 0;//扇区编号adr -= FLASH_BASE_ADDR; sector = adr /4096;//扇区的大小是4096 计算出了扇区的编号W25QXX_Erase_Sector(sector);return (0); // Finished without Errors
}
int ProgramPage (unsigned long adr, unsigned long sz, unsigned char *buf) {adr -= FLASH_BASE_ADDR; W25QXX_Write_NoCheck(buf,adr,sz);return (0); // Finished without Errors
}
uint8_t read_buf[4096];
unsigned long Verify (unsigned long adr, unsigned long sz, unsigned char *buf) {unsigned long remain = sz; //剩余的字节数unsigned long current_add = 0;//当前的地址unsigned int index = 0;//用于buf的索引current_add = adr - FLASH_BASE_ADDR;while(remain >= 4096){W25QXX_Read(read_buf,current_add,4096);for(int i=0;i<4096;i++){if(read_buf[i] != buf[index+i])return adr+index+i;}current_add += 4096;remain -= 4096;index += 4096;}W25QXX_Read(read_buf,current_add,remain);for(int i=0;i<remain;i++){if(read_buf[i] != buf[index+i])return adr+index+i;}return (adr+sz); // 校验成功
}
编译我们就能得到一个.FLM文件。
验证测试下载算法
这里我们只验证下载算法的功能，测试是否能正常下载，至于下载进去以后如何运行代码，这里不讨论，留在下一章介绍，因为涉及到链接脚本、拷贝、跳转、等等操作。
把该文件放在\MDK\ARM\Flash路径下，随便打开一个工程，添加下载算法
编译下载，发现报错，如下图：
报错原因是下载算法没有找到08000000H这个地址，我这里使用的是默认的链接脚本：
LR_IROM1 0x08000000 0x00100000 { ; load region size_regionER_IROM1 0x08000000 0x00100000 { ; load address = execution address*.o (RESET, +First)*(InRoot$$Sections).ANY (+RO).ANY (+XO)}RW_IRAM1 0x20000000 0x00020000 { ; RW data.ANY (+RW +ZI)}
}
下载算法文件里定义的FLASH起始地址是0x00000000，大小是0x01000000，那么下载算法的空间就是0x00000000~0x00FFFFFF。这里加载地址是0x08000000，就是要往0x08000000开始的地址写入数据。这样一来，很显然下载算法判断出了非法地址就报错了。
既然这个加载地址报错，那就把加载地址改成0x00000000,如下：
LR_IROM1 0x00000000 0x00100000 { ; load region size_regionER_IROM1 0x0800000 0x00100000 { ; load address = execution address*.o (RESET, +First)*(InRoot$$Sections).ANY (+RO).ANY (+XO)}RW_IRAM1 0x20000000 0x00020000 { ; RW data.ANY (+RW +ZI)}
}
这总合法了吧，但遗憾的是编译报错，报错的原因是程序里调用了__main函数，__main函数中不能被链接到非启动区域，也就是加载地址和链接地址不一样。这里不讨论报错的原因和应对措施。其实有很多种解决方法。我暂时将链接地址也改成0x00000000如下图：
LR_IROM1 0x00000000 0x00100000 { ; load region size_regionER_IROM1 0x0000000 0x00100000 { ; load address = execution address*.o (RESET, +First)*(InRoot$$Sections).ANY (+RO).ANY (+XO)}RW_IRAM1 0x20000000 0x00020000 { ; RW data.ANY (+RW +ZI)}
}
编译下载，下载成功。
下载成功了，我用一个SPI FLASH demo程序把FLASH0地址开始的数据读出来，打印出来：
在把我们烧写进去的固件对应的bin文件打开，对比一下。
可以看到是完全一样的。
证明制作的下载算法是没问题的。FLASH中存储的代码如何执行下一篇文章介绍。