1 设计目的

根据客户要求，开发一款基于CAN总线的TI公司TMS320F28335 DSP（数字信号处理器）bootloader，以方便应用程序的刷写。CAN设备采用周立功CAN卡（USBCAN-I、USBCAN-II、USBCAN-E-mini）。

2 专有信息

2.1 TMS320F28335

TMS320F28335是TI公司推出的一个具有强大控制能力和信号处理能力的32位单精度浮点型DSP，其I/O电压为3.3V，内核电压为1.9V，主频可达150MHz；片上带有256kB的16位Flash和34kB的16位SARAM，8kB的Boot ROM,1kB的OTP ROM以及CAN接口等多种外设接口。以下简称28335或F28335。

2.2 CAN总线

CAN总线的全称为控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)，是一种可以利用多物理介质传输数据的多主方式串行通信总线，如双绞线、光纤等，其中最为常用的是双绞线。CAN总线上的两条信号线分别被称为“CAN_H”和“CAN_L”，其使用方式是差分电压传送。

2.3 Bootloader

嵌入式系统引导加载程序（Bootloader）是BSP的一部分，是嵌入式系统上电后运行的第一段软件代码，是整个系统执行的第一步。Bootloader依赖于具体的嵌入式硬件结构，核心功能是操作系统引导（boot）和加载（load），此外还可以支持简单的用户命令交互、操作系统启动参数设置、系统自检和硬件调试等功能。Bootloader通常会存放在被称为boot ROM的非易失性的存储器（通常是NOR Flash ROM）中，可以存储操作系统映像、应用程序代码和用户配置数据等信息。
在汽车电子和工业控制应用中，常常需要设计基于CAN总线的Bootloader，用来实现对封装好外壳的ECU等控制器升级，而不用对控制器进行拆卸、拆解等，破环控制器的封装结构。方便系统的软件升级和维护。

2.4 编程方式

TMS320F28335将应用程序固化到片上Flash主要有三种方式：在电路编程（In Circuit Programing，ICP）、在系统编程（In System Programing，ISP）和在应用编程（In Application Programing，IAP）。其中，ICP固化主要通过TMS320F28335的JTAG接口连接仿真器，并配合使用TI提供的CCS集成开发环境实现；ISP固化主要通过配置TMS320F28335的GPIO管脚高低电平来改变启动模式，并利用出厂固化的Bootloader程序实现；IAP固化通过定制的Bootloader程序实现。
本设计实现IAP，即在应用于编程。

3 方案概述

本设计为基于F28335芯片，定制的在应用编程（IAP）Bootloader软件，由上位机程序，bootloader引导程序（也称二次bootloader程序）和应用程序3部分组成。上位机为CAN刷写控制和操作界面，编程数据传输媒介为CAN总线，即上位机驱动CAN卡通过CAN向芯片传输flash文件，bootloader引导程序接收flash文件，并执行对flash的刷写工作，实现对芯片应用程序的更新。
其上位机采用VC++编写，以windows应用的方式呈现。Bootloader引导程序在CCS（code composer studio）中编码，以C源码的方式呈现。用户应用也在CCS中编码，以C源码的方式作为应用示例呈现，作为用户应用开发的参考。
【Bootloader引导程序是DSP出厂固化的一段对用户进行保护、不允许被改变的代码，主要用来DSP(如CAN接口)的初始化，并与上位机进行通讯，接收来自上位机的程序，写入指定地址，升级后转至用户程序。】
【上位机对通过与Bootloader引导程序的交互与数据传输，实现应用程序hex文件的传输，编程操作控制的状态界面显示】
【应用程序以HEX文件格式呈现，本设计中以S-record文件形式输出。S-record文件可以通过CCS7设置，本设计中定义为S37文件，设置CCS7在编译过程中直接生成，无需额外第三方工具参与转换】

4 开发资源

4.1 硬件资源

F28335开发板或功能板、TI仿真调试器、周立功CAN卡

4.2 软件资源

CCS7.0.0或其他兼容版本（尽量与应用客户保持一致）
基于CCS的最小系统代码+CAN驱动程序+flash驱动程序
Visual Studio 2010

4.3 其他资源

其它bootloader参考程序（如基于S32K144的bootloader）、电源、调试电脑、数据监测电脑和CAN卡。

4.4 参考资料（书籍或文献）

TI官网《Flash2833x_API_Quickstart.pdf》
《轻松玩转DSP：基于TMS320F2833x》 马骏杰 尹艳浩 王旭东 2018-12-05
《基于S32K148的车辆网关CANBootloader开发与实现》 袁锋、张伟等 2021

5 设计实现

5.1 核心思路

在线升级的核心思想是通过bootloader程序（bootloader引导程序，在F28335芯片中，可以称为二次Bootloader程序）烧写程序（应用程序），这两个程序是相互独立的工程，被分别固化在TMS320F28335片上Flash的不同区间，为避免造成程序运行紊乱，需要对这两个程序所在的存储空间进行合理分配。
特别说明：本bootloader底层程序将不使用boot-ROM区域（也称为一次boot loader），直接跳转到flash地址执行二次Bootloader程序。
片上Flash的空间分配，通过CMD文件完成。CMD文件为链接命令配置文件，用于分配程序对应代码、数据和变量的存储空间。初步地址分配如下：
应用程序被分配在片上Flash的B～H扇区，Bootloader引导程序被分配在片上Flash的A扇区。其中，应用程序的BEGIN区位于片上Flash H扇区的0x300000地址处，引导程序程序的BEGIN区位于片上FlashA扇区的0x33FFF6地址处

二次Bootloader程序通过仿真器烧录，且固化在芯片中，一般不需要更改。如需更改，需要使用仿真器再次烧录。应用程序可通过CAN总线多次重复烧录，不需要调试器。

5.2 芯片内核资源分析

5.2.1 时钟系统

为了得到150MHz的系统时钟，一般做法是先将30MHz的晶振10倍频，再进行2分频。若要使用外设，必须使能该外设的时钟。
【目标电路板系统时钟为120MHz，采用外部晶振为24MHz,同样采用10倍频，2分频的方式实现。】

5.2.2 看门狗

喂狗，使得计数器不溢出导致系统复位。核心代码在于使能看门狗。

5.2.3 地址空间

（参考书：《轻松玩转DSP：基于TMS320F2833x》1.2章），更详细的地址空间，见参考手册。
总的来说，地址分配如下：
RAM 空间为：0x00000000 ~ 0x0000F000
FLASH空间为：0x30000000 ~ 0x33FFFFFF

5.2.4 flash地址映射

TMS320F28335片上有256×16位【特别说明：F28225flash的宽度为16位，这点特别重要】嵌入式FLASH存储器，其由8个32KB×16位扇区组成，用户可对其中任意一个扇区擦除、编程和校验，而其他扇区不变。这8个扇区分别命名为A~H。

5.2.5 F2833x的BootROM存储器的映像

5.2.6 CAN驱动模块

本设计采用CAN_A实现bootlaoder数据传输。使用CAN模块主要是实现：1、初始化（重点在时钟设置、波特率和邮箱配置）；
2、发送函数；
3、接收函数；
4、CAN接收中断服务函数。


注意：1、记得开启CAN外设时钟。

5.2.7 flash驱动模块

参考《Flash2833x_API_Quickstart》里的相关描述。需要注意几点
【1、 flash 时钟标定参数为8.333，并关联参数】
【2、 擦除和编程函数的调用】
【3、 Flash编程字节顺序】

5.2.8 中断向量

外设中断扩展模块（PIE）通过复用少量的中断输入来扩展大量的中断源。PIE模块支持96个独立的中断源，这些中断源被分成8组。每组中断都连接至12个CPU核中断（INT1～INT12）中的一个。96个中断都对应有各自的中断向量表，这些向量表存储在特定的RAM模块并且可以根据需要修改【如何修改？】。CPU响应中断时，可自动获取相应的中断向量。中断的优先级可以通过硬件和软件来控制。在PIE模块中，每个中断都可以独立使能和禁止。
PIE向量表用来存储系统中每个中断服务程序（ISR）的入口地址，每 个中断源（包括复用和非复用中断）都有一个中断向量。在设备初始化时 就要设置好中断向量表，在具体操作中可以根据需要对其进行修改。

外设中断向量表地址：0x000D00~0x000DFE。相关地址映射文件在CMD文件DSP2833x_Headers_nonBIOS.cmd中定义。

5.2.9 编译和链接文件（CMD文件）

DSP2833x_Headers_nonBIOS.cmd文件，是每个DSP程序均需要的。在引导程序中，设置bt_F28335.cmd,分配引导程序的存储空间为：

在bt_F28335.cmd中，需要设置Flash28_API、ramfuncs等函数的空间，等。
在应用程序中，设置F28335.cmd,分配应用程序的存储空间为：【用户可以修改，但是不可以修改BEGIN的地址空间和长度】

【以上地址分配验证是可行的。注意：在开发过程中，APP的BEGIN地址应先映射到0x33FFF6，后续应用再行调整到0x300000。】

5.3 芯片启动分析

TMS320F28335在出厂前固化了一段程序，其内容是：当上电复位后，DSP的固化程序直接从由中断向量表中读取复位中断的中断向量0x3FFFC0地址处开始执行，初始化DSP芯片，并决定其引导模式(通过调用SelectBootMode读取GPIO的固定管脚)，然后将编写好的程序烧写在片上Flash的程序入口0x33FFF6地址处。TMS320F28335 Flash启动过程如图1所示。

5.4 bootloader流程分析

5.5 系统组成框架

6 软件设计

6.1 上位机软件设计

上位机端软件首先读取.s19文件，通过解析.s19文件内容，将其拆分为多条数据帧结构。上位机端软件与DSP端软件通过CAN总线进行通讯。
上位机端软件向DSP端软件发送的每帧数据都带有校验和，当DSP端程序接收到该帧数据后，通过校验和对接收数据进行确认。确认完毕后，DSP端软件将确认帧发送给上位机端软件，上位机端软件收到DSP端发送的确认帧后，再向DSP端软件发送下一帧数据；当上位机软件将全部数据发送完毕后，上位机端软件向DSP端软件发送数据的总长度，DSP端软件将该总长度与接收到的数据长度进行比较，将比较结果发送给上位机端软件，完成了整个数据的总校验。参考界面如下：

6.2 二次bootloader软件设计

DSP端软件主要包括引导程序主要为二次bootloader程序，用来和上位机软件进行CAN总线通讯接收DSP程序可执行代码文件，并将接收到的可执行代码文件烧写到FLASH中，而且会在系统上电复位后会判断是执行FLASH烧写工作还是运行用户应用程序工作；
为保证接收数据的准确性和完整性，DSP端软件在接收数据的过程中，不执行对RAM或FLASH操作的相关代码；同时，关闭其他的外部中断，仅响应CAN总线接收中断，保证了数据接收的实时性。此外，DSP端软件将接收到的数据存储在外扩的FLASH中，等接收完全部数据后，再进行程序的烧写，防止在接收数据过程中出现意外而导致系统程序不能正常工作。
FLASH的烧写工作也是DSP端软件需要实现的重要功能。在擦除或读写FLASH之前，必须先执行相应的命令字序列，即在指定的FLASH地址处写入指定的指令代码。
向FLASH的指定地址中写入数据，需要四个总线周期。前两个是解锁周期，第三个是建立编程命令，最后一个周期完成向编程地址中写入编程数据。待写入的数据为.Hex文件内容。

6.3 应用程序设计

应用程序软件需要对CMD文件进行修改，以确定地址分配。代码部分不用特别处理。本设计提供模板。

7 参考文献

TI官网《TMS320F2833x、TMS320F2823x 实时微控制器》
TI官网《TMS320x2833x、TMS320x2823x Technical Reference Manual》
TI官网《Flash2833x_API_Quickstart.pdf》
《轻松玩转DSP：基于TMS320F2833x》 马骏杰 尹艳浩 王旭东 2018-12-05
《DSP控制器原理与技术应用》 宋合志编著 2012
《基于S32K148的车辆网关CANBootloader开发与实现》 袁锋、张伟等 2021