淺析Keil MDK下的串行Flash下載算法設(shè)計

今天痞子衡給大家介紹的是Keil MDK工具下i.MXRT的串行NOR Flash下載算法設(shè)計。

在i.MXRT硬件那些事系列之《在串行NOR Flash XIP調(diào)試原理》一文中，痞子衡簡單提了一下串行NOR Flash下載算法的概念，并沒有介紹具體設(shè)計細節(jié)，關(guān)于NOR Flash下載算法每個IDE/工具都有自己的一套設(shè)計，雖然基本設(shè)計理念是一樣的，但是細節(jié)方面還是有區(qū)別。今天痞子衡就來細聊Keil MDK下的NOR Flash下載算法：

1.Keil MDK5對i.MXRT的支持

Keil μVision可以說是MCU開發(fā)者最熟悉的IDE了，大部分人剛開始入行嵌入式學MCS-51系列單片機應(yīng)該都是用得Keil C51環(huán)境（Keil μVision2），早期的Keil還只是一個小型的獨立軟件公司。2005年ARM收購了Keil，并于2006年集成了RealView編譯器開始支持ARM Cortex-M處理器，這便是后來的Keil MDK（Keil μVision3）。

2013年Keil μVision5發(fā)布，與Keil MDK4及之前版本不同，Keil MDK5分成MDK Core和Software Packs兩部分。MDK Core主要包含uVision5 IDE集成開發(fā)環(huán)境和ARM Compiler5。Software Packs則可以在不更換MDK Core的情況下，單獨管理（下載、更新、移除）設(shè)備支持包和中間件更新包。

因此首次安裝的Keil MDK5并沒有直接支持i.MXRT，需要通過Software Packs組件來單獨安裝i.MXRT的相關(guān)軟件支持包。

2.使用Pack Installer添加新i.MXRT型號支持

Keil MDK5里默認集成了Pack Installer，在IDE里可以直接打開其界面，手動添加所需的MCU主控相關(guān)軟件包。軟件包主要有兩個：Device Family Pack (DFP)和Board Support Pack (BSP) ，前者是對MCU芯片本身的支持，后者是對MCU開發(fā)板的支持。

如果你不主動安裝MCU軟件包也行，當你打開SDK里的任何一個例程（以i.MXRT1060為例），如果該例程對應(yīng)的MCU軟件包沒有安裝，IDE會自動觸發(fā)Pack的安裝。DFP是必須要安裝的，BSP要看你具體使用哪塊板卡，痞子衡用得官方i.MXRT1060-EVK，因此還需要再手動安裝NXP::EVK-MIMXRT1060_BSP：

安裝完MCU軟件包后，便可以正常編譯SDK工程，然后在Flash下載和調(diào)試了。痞子衡使用的是恩智浦官方EVK，板子上自帶了DAPLink調(diào)試器，當然除了板載調(diào)試器，我們也可以外接J-Link調(diào)試器，在MDK工程選項里無論選擇哪種調(diào)試器，其默認Flash下載算法是一樣的，都來自于DFP包（Keil_PacksNXPMIMXRT1062_DFP12.2.0armMIMXRT106x_QSPI_4KB_SEC.FLM）

如果默認選擇的Flash下載算法文件不適用你的板子，那么你需要自己提供合適的算法文件(.FLM)，并將其放入MDK安裝目錄下(Keil_v5ARMFlash)，重新打開工程選項，新增的算法會自動刷新到待選算法列表（還有另一種添加方式，即做一個完整的DFP包，包里包含下載算法，雖然ARM寫了詳盡的文檔，但這種方式更適合芯片原廠去做）：

搞定了合適的下載算法文件，最后還需要檢查下兩個地址范圍，一個是Flash對應(yīng)的實際映射地址空間，另一個是下載算法文件運行RAM地址空間。這點跟上一篇介紹的J-Link算法JLinkDevices.xml文件里需要填的兩個地址空間設(shè)計是一致的。

3.NOR Flash下載算法設(shè)計

Keil MDK下Flash下載算法是開源的，有較詳細的文檔，文檔在arm-software的github主頁，根據(jù)這些文檔，我們基本可以了解其下載算法設(shè)計細節(jié)。

算法主頁：https://arm-software.github.io/CMSIS_5/Pack/html/flashAlgorithm.html

3.1 下載算法模板工程

Keil MDK提供了一個Flash下載算法的基礎(chǔ)模板工程，工程在Keil_v5ARMFlash_TemplateNewDevice.uvprojx，該工程僅支持MDK（不支持MDK-Lite）編譯，除了工程設(shè)置外，該模板工程僅包含四個文件：

Keil_v5ARMFlashFlashOS.h
Keil_v5ARMFlash_TemplateFlashDev.c
Keil_v5ARMFlash_TemplateFlashPrg.c
Keil_v5ARMFlash_TemplateTarget.lin

拿到基礎(chǔ)模板工程，我們需要根據(jù)目標MCU內(nèi)核類型在工程選項里將默認的ARMCM0內(nèi)核改掉，然后在FlashDev.c和FlashPrg.c里將算法API函數(shù)全部實現(xiàn)（默認是空的），最后編譯工程生成.FLM即是我們要的算法文件（最終.FLM其實是通過After Build里的腳本命令將.axf直接改名的，F(xiàn)LM文件本質(zhì)上就是axf格式文件）。

3.2 下載算法結(jié)構(gòu)設(shè)計

算法本身結(jié)構(gòu)其實很簡單，在FlashDev.c文件中有一個名為FlashDevice的結(jié)構(gòu)體常量，其原型定義在FlashOS.h中。該結(jié)構(gòu)體主要給IDE提供必要的Flash信息，其值必須根據(jù)實際板卡情況填寫正確。

struct FlashDevice const FlashDevice = {
FLASH_DRV_VERS, // Driver Version, do not modify!
"New Device 256kB Flash", // Device Name
ONCHIP, // Device Type
0x00000000, // Device Start Address
0x00040000, // Device Size in Bytes (256kB)
1024, // Programming Page Size
0, // Reserved, must be 0
0xFF, // Initial Content of Erased Memory
100, // Program Page Timeout 100 mSec
3000, // Erase Sector Timeout 3000 mSec

// Specify Size and Address of Sectors
0x002000, 0x000000, // Sector Size 8kB (8 Sectors)
0x010000, 0x010000, // Sector Size 64kB (2 Sectors)
0x002000, 0x030000, // Sector Size 8kB (8 Sectors)
SECTOR_END
};

除了FlashDevice之外，最核心當然是FlashPrg.c里的7個API函數(shù)，這些API函數(shù)提供了實際的Flash擦寫驗功能，IDE會自動按需調(diào)用這些API去實現(xiàn)在線下載。這些API原型是固定的，但具體函數(shù)實現(xiàn)是因板卡而異的。

關(guān)于算法工程還有一個不得不提的設(shè)計，那就是工程選項C/C++（包括Asm）下都勾選了Read-Only Position Independent 和 Read-Write Position Independent，表明下載算法本身不是使用固定地址鏈接，而是位置無關(guān)鏈接（也叫相對地址鏈接），算法代碼機器碼是可以被放到任意地址去執(zhí)行的，這也是為什么你可以在例程選項里去指定RAM for Algorithm。

3.3 下載算法API調(diào)用流程

當在IDE里啟動在線下載時，IDE會先將算法文件.FLM里的可執(zhí)行機器碼加載進指定的RAM空間，然后組合調(diào)用來實現(xiàn)最重要的Flash擦除和寫入，只要用戶App被正確寫入Flash，IDE就能正常讀取Flash里代碼指令進行單步調(diào)試了。如下圖便是擦除和寫入操作的實際API組合調(diào)用流程：

至此，Keil MDK工具下i.MXRT的串行NOR Flash下載算法設(shè)計痞子衡便介紹完畢了~~~

文章出處：痞子衡嵌入式