淺析Keil MDK下的串行Flash下載算法設(shè)計(jì)

大家好，我是痞子衡，是正經(jīng)搞技術(shù)的痞子。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(jì)。

一、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(xué)MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)該都是用得Keil C51環(huán)境（Keil μVision2），早期的Keil還只是一個(gè)小型的獨(dú)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(dú)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(dú)安裝i.MXRT的相關(guān)軟件支持包。

二、使用Pack Installer添加新i.MXRT型號(hào)支持

Keil MDK5里默認(rèn)集成了Pack Installer，在IDE里可以直接打開其界面，手動(dòng)添加所需的MCU主控相關(guān)軟件包。軟件包主要有兩個(gè)：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(dòng)安裝MCU軟件包也行，當(dāng)你打開SDK里的任何一個(gè)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(huì)自動(dòng)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(dòng)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(dāng)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(xiàng)里無論選擇哪種調(diào)試器，其默認(rèn)Flash下載算法是一樣的，都來自于DFP包（\Keil_Packs\NXP\MIMXRT1062_DFP\12.2.0\arm\MIMXRT106x_QSPI_4KB_SEC.FLM）

如果默認(rèn)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_v5\ARM\Flash)，重新打開工程選項(xiàng)，新增的算法會(huì)自動(dòng)刷新到待選算法列表（還有另一種添加方式，即做一個(gè)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(gè)地址范圍，一個(gè)是Flash對應(yīng)的實(shí)際映射地址空間，另一個(gè)是下載算法文件運(yùn)行RAM地址空間。這點(diǎn)跟上一篇介紹的J-Link算法JLinkDevices.xml文件里需要填的兩個(gè)地址空間設(shè)計(jì)是一致的。

三、NOR Flash下載算法設(shè)計(jì)

Keil MDK下Flash下載算法是開源的，有較詳細(xì)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(jì)細(xì)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(gè)Flash下載算法的基礎(chǔ)模板工程，工程在\Keil_v5\ARM\Flash\_Template\NewDevice.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(gè)文件:

\Keil_v5\ARM\Flash\FlashOS.h
\Keil_v5\ARM\Flash\_Template\FlashDev.c
\Keil_v5\ARM\Flash\_Template\FlashPrg.c
\Keil_v5\ARM\Flash\_Template\Target.lin

拿到基礎(chǔ)模板工程，我們需要根據(jù)目標(biāo)MCU內(nèi)核類型在工程選項(xiàng)里將默認(rèn)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(shí)現(xiàn)（默認(rèn)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(shí)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(jì)

算法本身結(jié)構(gòu)其實(shí)很簡單，在FlashDev.c文件中有一個(gè)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(shí)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(dāng)然是FlashPrg.c里的7個(gè)API函數(shù)，這些API函數(shù)提供了實(shí)際的Flash擦寫驗(yàn)功能，IDE會(huì)自動(dòng)按需調(diào)用這些API去實(shí)現(xiàn)在線下載。這些API原型是固定的，但具體函數(shù)實(shí)現(xiàn)是因板卡而異的。

關(guān)于算法工程還有一個(gè)不得不提的設(shè)計(jì)，那就是工程選項(xiàng)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(jī)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(xiàng)里去指定RAM for Algorithm。

3.3 下載算法API調(diào)用流程

當(dāng)在IDE里啟動(dòng)在線下載時(shí)，IDE會(huì)先將算法文件.FLM里的可執(zhí)行機(jī)器碼加載進(jìn)指定的RAM空間，然后組合調(diào)用來實(shí)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(jìn)行單步調(diào)試了。如下圖便是擦除和寫入操作的實(shí)際API組合調(diào)用流程：

• 算法API詳解: https://arm-software.github.io/CMSIS_5/Pack/html/algorithmFunc.html

下一篇文章，痞子衡將帶大家繼續(xù)探究IAR EWARM下的下載算法設(shè)計(jì)，讓我們把主流Cortex-M集成開發(fā)環(huán)境的算法設(shè)計(jì)思路全部擼一遍，看看哪家更巧妙。

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