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嵌入式系統Flash編程技術研究論文
摘要：Flash存儲器具有應用成本較低、存儲速度較快、支持重復擦寫功能，是目前很多嵌入式系統開發中不可缺少的重要內容。Flash編程方法的應用與系統開發進度、成本息息相關，因此，本研究主要以嵌入式系統為例，對Flash的編程方式進行分析，并介紹了新型Flash模式，力求編程質量與水平能夠得到顯著提升，使該技術在更多系統中得到廣泛應用。
關鍵詞：嵌入式系統；Flash編程；Flash存儲器
21世紀作為信息時代，網絡技術、智能產品層出不窮，滲透到社會生產與生活的方方面面。其中，嵌入式系統應用范圍較廣、可靠性較高、應用成本較低，在移動通信、自動化控制領域中得到普遍應用。在系統開發過程中，為保障系統程序可以反復載入，對內置存儲器的要求較高，而Flash具有成本低、存儲快、可重復擦寫特征，因此，成為嵌入式系統中不可缺少的重要部分。
1嵌入式系統的Flash編程方法
在現實應用中，應用頻率較高的Flash編程方法包括編輯器編程、普通接口編程與JTAG編程三種。
1.1編輯器編程
為實現Flash編程，專門開發和設計了編輯器，通過配套使用，便能將指令或數據寫入其中。該方式較老舊，對實施條件的要求也較嚴格，必須保障芯片在焊接到電路板之前進行，等到編程結束以后再進行焊接。目前，較常見的編輯器類型有LABTOOL-48、SUPERPRO/V等。編程器編程的主要優勢在于使用較便利，且編程效率較理想，十分適宜DIP封裝的Flash芯片。
1.2普通接口編程
在實際應用過程中，嵌入式系統為充分發揮作用，通常會在硬件設計中加入一些外圍接口，這些接口包括串口、USB、網絡接口等。而在Flash編程中，便可以借助這些接口、串口直接實現。接口編程的方式與JTAG編程相比，沒有對特殊接口進行要求。
1.3JTAG編程
JTAG作為嵌入式調試技術，其接口標準為IEEE1149.1，主要應用于邊界掃描與端口測試中。同時，采用JTAG接口不但能夠完成測試操作，還可以實現對嵌入式系統中的Flash編程。在實際應用過程中，對JTAG進行編程操作應借助接口仿真器，將目標機與宿主機聯系起來。在目標機上，將處理器與Flash總線相互連接，再借助宿主機中的既定程序，將數據、指令與控制信號均傳送到JTAG接口芯片中。這時，處理器中將會接收到JTAG傳遞過來的信息，并按照Flash芯片進行編程，將接收到的信息寫入其中，完成最終編程操作。與編輯器編程、普通接口編程方式相比，JTAG編程技術更為簡便，無需對芯片焊接流程進行嚴格規定，只需借助JTAG借口線與仿真器便能完成測試，因此，嵌入式系統中Flash編程得到了廣泛應用[1]。
2通過JTAG接口實施Flash編程的實例分析
在某項目開發設計過程中，采用JTAG接口完成Flash編程。在該設計過程中，JTAG的電纜與主機并口相互連接，另一側連接到電路板中的JTAG插座上，再與處理器PowerPC405EP相連，Flash需要經過總線與處理器相連。在上述連接完畢以后，Flash無需具備JTAG接口，使用范圍也更加廣闊。在對Flash進行編程的過程中，PowerPC405EP由主機軟件進行控制，利用其模擬Flash的編程時序，便能對Flash進行編程。
2.1硬件配置
第一，JTAG下載電纜設計。在JTAG接口標準的基礎上，對信號邏輯電平中傳輸要求、數據、傳輸方向等進行綜合考慮，最終選擇采用并口標準與接口并行的模式，二者間關系如下：PC并口中管腳2的功能為D0；管腳3的功能為D1；管腳4的功能為D2；管腳5的功能為D3；在JTAG接口中，管腳TDI的功能為數據輸入；TCK的功能為時鐘；TMS的功能為模式選擇；TRST的功能為復位；TDO的功能為數據輸出。第二，嵌入式處理器PowPC405EP。在本系統設計中，采用的處理器為IBMPowPC405EP，屬于一款32位、RISC指令集處理器，其性能較為良好，集嵌入式軟核、外圍設備系統SOC于一體。通過數據手冊進行描述，得知BSR的長度與指令代碼等內容，具體如下：指令Bypass，代碼1111111；指令Extest，代碼0000000；指令Sample，代碼1111010。第三，Flash。在本系統設計中，使用的Flash為富士通SPANSIONMBM29DL，工作電壓為3V，用戶在使用之前，需要將特定地址寫入到對應的指令序列中，便可以將其啟動，使其在自動化下完成指令，包括復位、自動選擇、擦除、編程等[2]。
2.2軟件配置
編程算法可以劃分為兩個內容，一是寫入編程命令序列，二是數據驗證，本文只對前者進行研究。寫入編程命令序列需要經過四個周期完成，前兩個周期屬于解鎖周期，將AAh寫入到55h中，再將55h寫入到地址2AAh中，在第三個周期中，將A0h寫入到0555h中，在第四周期中對地址與數據進行編程，Flash將自動完成編程命令。在第一周期中，使用的Flash數據線為AAh，也就是與Flash相連接的PowerPC405EP中的AAh，這時PerData0位為“0”。從PowerPC405EP的描述中能夠看出，與之相對應的BSC單元號為24，部分源程序為：#definepinTDI1//輸出端口位地址UnsignedcharOutport_State＝0xF5//保存并口輸出端口狀態的全局變量writePort(pinTMS,0x00）；sclk（）；//進入Run-Test-Idle狀態；writePort(pinTMS,0x01）；sclk（）；//進入Select-IR-Scan狀態；writePort(pinTMS,0x00）；sclk（）；//進入Shift-IR狀態；writePort(pinTMS,0x01）；sclk（）；//開始數據串行輸入，將“0”輸入到24號BSC中；writePort(pinTMS,0x01）；sclk（）；//進入Update-DR狀態，在TCK的下降沿，對24號BSC中的“0”進行驅動，使其傳輸到PerData當中，同時//flash也為“0”。
3新型的Flash編程模式分析
在實際應用過程中，由于Flash芯片在很多場景中均可使用，因此，命令集往往不盡相同，對此通常將整個編程模式劃分為四個部分：最下層為硬件適配層，能夠為上層提供讀與寫等基本功能，能夠有效解決軟件程序與硬件總線協調問題。第二層屬于Flash適配層，主要作用是為上層提供Flash支持命令集，并通過公共接口發出響應。該層能夠良好解決與Flash相關功能的指令時序與支持作用問題，且還應實現對各類事件與模式的轉移。第三層為功能適配層，具有數據或指令讀寫作用，能夠對Flash命令集進行封裝操作，還可與上層之間相互聯系。最上層便是適配層，與用戶端相互連接，為用戶提供高級交互接口。此種分層方式能夠為編程操作提供極大便利，通過多層結構使高層與底層應用相互隔離，極大提高了程序開發質量，也為用戶帶來了更多功能與豐富的體驗[3]。
4結語
本研究對Flash編程方式進行分析，借助嵌入式系統對Flash進行編程，編程速度較快、操作簡單、復用率良好，充分符合嵌入式系統的發展趨勢，同時也使系統開發投入成本降低，系統價值得到顯著提高。另外，本文還介紹了一種新型的Flash編程方式，希望能夠使其在系統開發中獲得更廣闊的發展空間。
參考文獻
[1]高輝輝.基于PC-MBI模塊的Flash編程技術研究[J].單片機與嵌入式系統應用,2015,15(9):7-10.
[2]吳延軍.基于FLASH芯片的加密存儲技術研究[D].廣州:暨南大學,2016.
[3]康向艷.嵌入式路由器中基于NANDFlash啟動技術研究[D].西安:西安電子科技大學,2014.
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