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[分享] 鲜为人知的MCUXpresso IDE下载算法设计

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    发表于 2020-12-28 13:16:54 | 显示全部楼层 |阅读模式
    鲜为人知的MCUXpresso IDE下载算法设计


    大家好,我是痞子衡,是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家介绍的是MCUXpresso IDE开发环境下i.MXRT的串行NOR Flash下载算法设计。


    在i.MXRT硬件那些事系列之《在串行NOR Flash XIP调试原理》一文中,痞子衡简单提了一下串行NOR Flash下载算法的概念,并没有介绍具体设计细节,关于NOR Flash下载算法每个IDE都有自己的一套设计,虽然基本设计理念是一样的,但是细节方面还是有区别。在前面的文章里,痞子衡分别介绍过《J-Link下算法设计》、《Keil MDK下算法设计》、《IAR EWARM下算法设计》,今天痞子衡就来细聊MCUXpresso IDE下的NOR Flash下载算法:


    一、MCUXpresso IDE各版本对i.MXRT的支持
    MCUXpresso IDE是飞思卡尔和恩智浦合并之后推出的全新IDE,这个IDE是免费的,可用于新恩智浦全系列ARM Cortex-M控制器(Kinetis、LPC、JN、QN、i.MXRT等)。熟悉这两家公司的人应该知道,其实MCUXpresso IDE就是原恩智浦LPCXpresso IDE与原飞思卡尔Kinetis Design Studio IDE的合体。


    从恩智浦官网上看,目前最新的MCUXpresso IDE版本是v11.2.1,其能够支持目前所有已量产的i.MXRT系列。从 MCUXpresso IDE历史各版本Release Note 上看,我们可以看到其各版本对i.MXRT支持情况如下:
    21.png
    各版本下载地址:https://nxp.flexnetoperations.co ... =756637&ver=ARC


    MCUXpresso IDE对新MCU型号的支持虽然并不是与自身版本严格绑定,但通过类似打patch的方式比较复杂,且官方不支持这么做,反正这个IDE是免费的,升级又不要钱,也不需要申请license,最好还是通过安装最新版本的方式来实现新型号的支持。


    二、为当前MCUXpresso IDE增加新下载算法支持
    痞子衡安装的是最新的v11.2.1,我们以为RT600这颗芯片新增flash下载算法为例介绍MCUXpresso IDE下的使用。在开始之前要特别强调一下MCUXpresso IDE与MDK/IAR非常不同的地方,MDK/IAR自带的flash下载算法是跟具体硬件仿真器无关的,它可以在所有支持的仿真器(JLink/DAPLink等)下正常使用,但是MCUXpresso IDE自带的flash下载算法只能在CMSIS-DAP类型的仿真器下使用。如果你在MCUXPresso IDE下使用JLink,那么下载算法只能用JLink的算法。


    现在我们随便打开一个i.MXRT600 SDK工程,右击工程进入Properties设置界面,在MCU Settings下可以看到LinkServer Flash Driver的设置界面,这里就是选择flash下载算法。MCUXpresso IDE默认自带了非常多的flash下载算法(文件后缀名是.cfx,其实就是可执行文件elf),即使是同一颗芯片RT600,可以看到其有很多个.cfg可选,这分别对应了不同的flash种类以及与主芯片连接端口。
    22.png
    如果默认选择的Flash下载算法文件不适用你的板子,那么你需要自己提供合适的算法文件(.cfx),并将其放入MCUXpresso IDE安装目录下(\MCUXpressoIDE_11.2.1_4149\ide\binaries\Flash),重新打开工程选项,新增的算法会自动刷新到待选算法列表:
    23.png
    三、NOR Flash下载算法设计
    MCUXpresso IDE下Flash下载算法是公开的,\MCUXpressoIDE_11.2.1_4149\MCUXpresso_IDE_User_Guide.pdf 文档的 LinkServer Flash Support 章节有一些使用方面的介绍,可以看一下。


    3.1 下载算法模板工程
    虽然下载算法本身是公开的,但设计文档很少,只给了示例工程。但对于工程师来说,还有什么比给代码来得更直接呢。


    示例算法工程路径:\MCUXpressoIDE_11.2.1_4149\ide\Examples\Flashdrivers\NXP\iMXRT
    24.png
    我们就以iMXRT1050_QSPI.zip示例包里代码来分析其结构设计。这个示例包包含两个工程(LPCXFlashDriverLib和iMXRT1050_QSPI),需要先编译LPCXFlashDriverLib工程生成libLPCXFlashDriverLib.a,这个库是iMXRT1050_QSPI工程的源文件,然后编译iMXRT1050_QSPI工程生成我们需要的算法文件MIMXRT1050-EVK_IS25WP064A.cfx。


    MCUXpresso IDE下载算法这种两级编译的设计,与IAR/MDK下载算法结构完全不同,这么设计的主要原因是恩智浦ARM Cortex-M内核MCU产品线众多,而MCUXpresso IDE需要支持所有MCU,因此将公共设计的部分提取到了LPCXFlashDriverLib工程里(为了通用性,工程采用CM0指令集来编译)。此外,从工程名你就能看出,还保留着上一代LPCXpresso IDE的基因。


    LPCXFlashDriverLib工程有很多build,可以根据ServiceMessages.c文件里的条件编译宏了解到它们的差异,其中Release_SectorHashing工程是默认选择用于最终生成.cfx的,这个build主要是利用32 bit Fowler/Noll/Vo FNV-1a哈希算法对每个Sector的数据下载做了校验。
    25.png
    再到iMXRT1050_QSPI工程,这个工程就是采用具体MCU的内核指令集(CM7)来编译,在工程设置里可以看到链接了LPCXFlashDriverLib工程的Release_SectorHashing生成的.a文件,如果LPCXFlashDriverLib工程选择了其他build,这里也要相应改一下。
    26.png
    3.2 下载算法结构设计
    算法本身设计算是几个常用IDE里最复杂的一个了。iMXRT1050_QSPI工程除了一般的FlexSPI驱动外,有两个源文件FlashDev.c和FlashPrg.c,对这文件名有没有很熟悉?是的,这就是标准的CMSIS开源flash算法API定义,里面的内容也是类似的,这里就不赘述了,需要特别强调的是这些Flash擦写API并不是MCUXpresso IDE在下载时实际调用入口。
    27.png
    算法最核心的设计在LPCXFlashDriverLib工程,先看lpcx_flash_memdev.c里内容,这个文件里定义了一个重要的常量结构体MemoryDevice,这个MemoryDevice会被链接在算法执行区域(前64KB的DTCM)的起始位置(0x20000000),给MCUXpresso IDE调试器提供算法全部的信息。
    1. // MemoryDevice Instance (fill it in)
    2. EXTERN_MEMORY_DEVICE
    3. MemoryDeviceMsg_t MemoryDevice =
    4. {
    5.   MEM_FLASH_VER2_MAJ+0x0,       // Version of flash interface
    6.                                 // Magic number to identify flash driver
    7.                                 // interface
    8.   { 0x01, 0x23, 0x45, 0x00, 0x00, 0x54, 0x32, 0x10 },
    9.   (uint32_t)&__load_base,         // Driver load address
    10.   (uint32_t)&__image_size,        // Size of .text and .data
    11.   (uint32_t)&__cache,             // RAM buffer location
    12.   (uint32_t)&__cache_size,        // RAM buffer size
    13.   (uint32_t)&__initial_sp,        // Stack top
    14.   (uint32_t)&__stack_size,        // Stack size
    15.   (uint32_t)&__opmap_val,         // Bitmap of available operations - 0 = everything there
    16.   &FlashDevice,                   // Flash Device configuration
    17.   ServiceMessages,                // Service mailbox flash operation message
    18.   0                               // Reserved
    19. };
    复制代码
    MemoryDevice有一个成员是ServiceMessages()函数,这个函数可以说是算法最灵魂的部分了,它才是MCUXpresso IDE调试器调用Flash擦写API的真正入口,调试器通过传入msg参数(所谓Mailbox结构)让算法来执行具体Flash操作并得到执行结果。这种特殊的设计可能也是MCXPpresso IDE算法仅能在CMSIS-DAP类型仿真器下使用的原因吧。
    28.png
    至此,MCUXpresso IDE开发环境下i.MXRT的串行NOR Flash下载算法设计痞子衡便介绍完毕了,掌声在哪里~~~

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