MCU雙鏡像機制的工作原理和應(yīng)用實例

一. 背 景

嵌入式設(shè)備升級過程中會由于斷電、強行中斷等外部因素，導(dǎo)致新固件寫入Flash時不能完整寫入，使系統(tǒng)啟動時出現(xiàn)問題。或設(shè)備運行中，鏡像文件被意外損壞，導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓，設(shè)備無法運行。面對以上問題，可以使用雙鏡像機制（dual image），它保證至少有一個鏡像文件是可以啟動，并且在任何時候都能正常工作。如果發(fā)生意外，引導(dǎo)加載程序檢測并使用備用的鏡像文件。

二. 原 理

LPC5536 ROM支持內(nèi)部Flash的雙鏡像引導(dǎo)（也支持FlexSPI外部Flash，原理相同），即在Flash可以放置兩個引導(dǎo)鏡像，ROM根據(jù)鏡像文件版本號決定啟動哪個鏡像，首先啟動最新版本號的鏡像，如果失敗，則啟動舊鏡像文件。

通電啟動時，ROM首先檢測CMPA中關(guān)于重定位鏡像文件的位置和大小，然后檢測兩個鏡像的版本號，所以在使用雙鏡像機制時，主要對鏡像文件重定位和版本號進行配置。

ROM從內(nèi)部Flash啟動雙鏡像文件流程圖如下：

2.1 鏡像文件重定位

LPC5536內(nèi)部Flash支持重映射，當設(shè)置重映射偏移量后，F(xiàn)lash AHB 總線將訪問偏移后的地址。例如，當偏移量設(shè)置為128K(0x20000)，對0x0的訪問將被重新映射到地址0x20000。通過這個特性，ROM可以實現(xiàn)雙鏡像引導(dǎo)。下面是一個關(guān)于內(nèi)部Flash存放兩個鏡像文件的簡圖。

第二個鏡像的偏移量和重映射大小由用戶在CMPA區(qū)域設(shè)置，讓ROM知道第二個鏡像的位置。

2.2 配置鏡像的版本

在頭文件偏移量為0x24處設(shè)置鏡像版本號，如下表格所示，第16位-31位設(shè)置鏡像文件版本號，第10位表示鏡像文件是否存在版本號，使用雙鏡像機制時，此位設(shè)置為1.

三. 應(yīng) 用

3.1 配置CMPA

配置CMPA中數(shù)據(jù)值

修改cmpa.bin文件，通過blhost把修改后的bin文件寫入CMPA，以配置image1偏移量和重映射大小，流程如下：

a. 打開一個全0的cmpa.bin，修改0x3E23C處數(shù)據(jù)為0x20000，高位在右低位在左,如下：

b. 修改重映射大小。地址0x3E238處修改為0x1d800,如下:

c. 保存并重命名為cmpa_new.bin,另存為lhost_2.6.7lhost_2.6.7inwin

3.2 燒寫cmpa_new.bin

借助blhsot 工具燒寫，blhost 2.6.7是一個命令行調(diào)試工具，界面如下：

測試blhost與開發(fā)板通信是否正常：

首先，從設(shè)備管理器查看開發(fā)板與電腦連接端口號

其次，開發(fā)板J43上使用跳線帽連接3和4，使能ISP啟動;

然后，按下復(fù)位鍵，輸入連接測試命令blhost -pcom12 -- get-property 1

判斷是否正常通信,如連接成功會提示信息：

寫入修改好的bin文件數(shù)據(jù)到CMPA

通過使用blhost -pcom12 -- write-memory 0x3e200 cmpa_new.bin命令，寫入CMPA：

為確保正確寫入，查看設(shè)置之后CMPA數(shù)據(jù)

通過命令blhost -pcom12 -- read-memory 0x3e200 512查看設(shè)置后的CMPA數(shù)據(jù)：

3.2 雙鏡像版本設(shè)置

根據(jù)實驗效果，Image0的功能是LPC5536-evk開發(fā)板上紅燈閃爍，Image1功能是綠燈閃爍。

Image0 設(shè)置版本號為1，Image1 設(shè)置版本號為2：

打開紅燈閃爍的工程，修改頭文件偏移量0x24處為0x10400

打開綠燈閃爍的工程，修改頭文件偏移量0x24處為0x20400

3.3 分配Flash

LPC5536JBD100用戶可用的內(nèi)部Flash共246K，所以Image0 分配到0x0-0x1FFFF地址范圍內(nèi)，Image1分配到0x20000-0x3D7FF地址范圍內(nèi)。如果使用MCUXpresso ID,設(shè)置如下：

工程->右鍵屬性->MCU settings，設(shè)置起始地址和大小，完成后點擊應(yīng)用按鈕。

紅燈閃爍工程：

綠燈閃爍工程：

重現(xiàn)編譯工程。

3.4 功能測試

測試程序為兩個點燈程序，分別為紅燈閃爍和綠燈閃爍程序，紅燈閃爍為image0，版本號1，綠燈閃爍為image0，版本號2，所以測試結(jié)果如果綠燈閃爍，則成功。

下載程序

使用IDE中GUI Flash Tool，分別下載兩個鏡像文件到開發(fā)板中：

在“File to program”中選擇燒寫的文件，點擊run按鈕后，程序會下載到Flash：

下載完成后，點擊確定：

同樣的方式下載另外一個程序，注意在燒寫第二個程序時，不能勾選“masserase”,如果使用其它工具燒寫，也應(yīng)關(guān)閉和”masserase”相同功能的選項，避免擦除第一個鏡像文件。

測試結(jié)果

下載程序后，復(fù)位，綠燈閃爍。

升級測試：將紅燈閃爍工程版本號修改為3，即修改0x10400為0x30400,重新燒寫鏡像文件，應(yīng)該會看到紅燈閃爍。

四. 總結(jié)

雙鏡像機制為嵌入式設(shè)備的升級和啟動增加保險，應(yīng)用過程中需要注意在CMPA區(qū)域設(shè)置鏡像偏移量、重映射大小和配置鏡像版本的方式，同時也需要注意兩個工程中Flash配置。