一種嵌入式系統升級的設計和實現

1、引言

隨著信息化，智能化，網絡化的發展，嵌入式系統技術也將獲得廣闊的發展空間。嵌入式技術全面展開，目前已成為通信和消費類產品的共同發展方向。在通信領域，數字技術正在全面取代模擬技術。在廣播電視領域，美國已開始由模擬電視向數字電視轉變，歐洲的DVB（數字電視廣播）技術已在全球大多數國家推廣。數字音頻廣播（DAB）也已進入商品化試播階段。而軟件、集成電路和新型元器件在產業發展中的作用日益重要。所有上述產品中，都離不開嵌入式系統技術。象前途無可計量的維納斯計劃生產機頂盒，核心技術就是采用32位以上芯片級的嵌入式技術。在個人領域中，嵌入式產品將主要是個人商用，作為個人移動的數據處理和通訊軟件。本文提出了利用LPC2148的SD卡實現嵌入式系統升級的設計方案。

2、總體系統升級方案設計

廠家生產出產品后，用戶購買回去使用，當設備出現了系統漏洞或者用戶不滿足現有功能而提出更多需求時，就要對系統升級或者維護系統功能。廠家只需將SD卡取回，把更新后的程序放入SD卡中，然后發放給用戶，用戶只需把SD卡插入終端設備。即可達到系統升級的目的。圖1給出廠商與用戶之間的交流流程圖。圖2給出整個系統設計流程圖。

按圖1所示，廠商與用戶交流過程如下：

(1)廠商將一個類似Boot loader的程序通過ISP方式，將其下載到Flash中，如圖2所示的位置。

(2)將升級程序放入SD卡中，隨產品一起出廠。

(3)用戶拿到SD卡后，將其插入SD卡槽，終端設備開始工作。

(4)用戶使用一段時間后，若出現問題或者需要升級、維護時．只需將SD卡返回廠家即可。

(5)廠家將升級后的程序放入返回的SD卡中，再返回給用戶．或者廠家直接再發放SD卡給用戶，而無需用戶返回SD卡。

(6)用戶拿到SD卡后，將其直接插入終端設備卡后，則可達到升級的目的。

出廠前，通過ISP編程方式燒入一個類似于Boot loader的程序。該程序的實現大致分為3個步驟：

(1)SPI模式下的SD卡底層驅動；

(2)讀出SD卡中的系統程序，并放入指定的Flash地址段中：

(3)跳轉到指定的Flash地址段，執行升級后的系統。

在用戶插入SD卡前，程序不斷判斷SD卡是否插入。用戶插入SD卡后，程序首先驅動SD卡，使其能正常工作，然后讀取SD卡中的升級程序，并將其放入指定的Flash地址段中。最后，跳轉到指定段，開始工作。廠家可根據需要，任意安排升級程序放置的位置。

3、系統硬件設計

核心處理器采用PHILIPS公司的LPC2148。它是一個支持實時仿真和嵌入式跟蹤的32位ARM7微控制器。帶有32KB和512 KB嵌入的高速Flash存儲器。128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構，使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行，并帶有SPI總線。選用該處理器主要考慮其內部資源豐富，無需擴展存儲器和SPI總線，且性能優異，抗干擾能力強，價格低廉，具有極高的性價比。

該設計只是產品電路中的一部分。其硬件電路如圖3所示。LPC2148具有同步、全雙工串行接口(SPI)，其最大數據位頻率為輸入時鐘頻率的1／8，可以設置為主機或從機工作方式。SD卡是通過SPI總線協議驅動的，數據傳輸中。主機總是向從機發送一個字節數據，而從機也總是向主機發送一個字節數據。圖3中左邊為LPC2148，右邊為SD卡插槽。SCKl為串行時鐘，用于LPC2148與SD卡之間的數據傳輸時鐘信號：MISOl是一個單向信號，用于將數據從SD卡傳輸至LPC2148；MOSll也是一個單向信號。用于將數據從LPC2148傳輸至SD卡；SSEL1為選通信號，用于選中SD卡。圖3中的引腳3和引腳6分別接地，引腳4接電源，引腳8用于檢測SD卡是否插入，并可根據實際要求選定。SD卡與LPC2148之間通過SPI協議和SD文件系統的組織形式．才能協調通訊。

4、系統軟件設計

系統軟件部分首先通過SPI協議對SD卡初始化，然后根據SD卡的FAF32文件系統組織形式讀取SD卡中的數據，將讀取數據通過IAP方式將其寫入Flash中，最后用一個跳轉程序跳轉到該段，以達到升級的目的。

4.1 SD卡的初始化

SD卡（Secure Digital Memory Card）中文翻譯為安全數碼卡，是一種基于半導體快閃記憶器的新一代記憶設備，它被廣泛地于便攜式裝置上使用，例如數碼相機、個人數碼助理（PDA）和多媒體播放器等。SD卡由日本松下、東芝及美國SanDisk公司于1999年8月共同開發研制。大小猶如一張郵票的SD記憶卡，重量只有2克，但卻擁有高記憶容量、快速數據傳輸率、極大的移動靈活性以及很好的安全性。

用戶應用程序通常以文件的形式訪問SD卡，并以文件的形式存取數據；文件系統層是通過調用SD卡物理層的有關函數來實現的，所以要想以文件系統的形式訪問SD卡，則必須先驅動SD。SD卡的讀寫操作都是基于命令的，通過向SD卡發送相應的命令并讀取相應的響應控制SD卡。在對SD卡讀寫前，首先要進行初始化操作。這是確保SD卡能在SPI模式下正常讀寫數據的前提。SD卡上電復位后，默認是SD模式。為了使SD卡進入SPI模式，必須將CS置低(至少延遲74個時鐘)并通過SPI總線發送CMDn，使SD卡復位，同時激活，并進行內部初始化處理，使SD卡退出空閑狀態。

SD卡初始化流程圖如圖4所示。