嵌入式开发之程序烧写

Q1:　　　　嵌入式开发中程序下载后存储在什么地方？

 

　　　　　　嵌入式开发范围较广，根据系统处理器的处理能力以及资源分配情况，又有许多不同处理器。常说的有MCU、MPU等，两者有着不同的处理计算能力。以下内容主要来谈谈关于MCU的相关内容。

 　　　　　　　 一般MCU 包含的存储空间有：片内Flash 与片内RAM，相比个人电脑（PC）来说，RAM 相当于内存，Flash 相当于硬盘。编译器会将一个程序分类为好几个部分，分别存储在MCU 不同的存储区，这些都是编译器的功劳。编译器相当于 一个中间翻译者，将计算机编程语言翻译成机器内码，从而控制计算体系。

　　　　说明：

　　　　Program Size包含有：
  　　　　　　·Code：代码段，存放程序的代码部分
  　　　　　　·RO-data：只读数据段，存放程序中定义的常量
 　　　　　　 ·RW-data：读写数据段，存放初始化为非0值的全局变量
  　　　　　　·ZI-data: 0数据段，存放未初始化的全局变量及初始化为0的变量
 　　
 　　注：在keil中编译完后，工程会生成一个.map的文件，该文件说明了各个函数占用的尺寸和地址，在文件的最后几行说明了存储关系，查看此文件可以得到许多关于程序代码的重要信息。如下所示（该文件的最后几行信息）：

　　

　　　　 1）RO Size 包含了Code 及RO-data，表示程序占用Flash 空间的大小；
 　　　　    2）RW Size 包含了RW-data 及ZI-data，表示运行时占用的RAM 的大小；
 　　　　    3）ROM Size 包含了Code、RO Data 以及RW Data，表示程序烧写所占用的Flash 空间的大小；

 

Q2:　　　　程序在MCU中的运行过程？

 

 　　　　　　　　　程序烧写到了MCU后，程序是怎样运行呢？这里以STM32为例来探讨一下。

　　　　　　 （1）程序运行之前，需要有文件实体被烧录到STM32 的Flash 中，一般是bin 或者hex 文件，该被烧录文件又被称为可执行映像文件。如下图所示，可执行映像文件烧录到STM32 后的内存分布，它包含RO 段和RW 段两个部分：其中RO 段中保存了Code、RO-data 的数据，RW 段保存了RW-data 的数据，由于ZI-data 都是0，所以未包含在映像文件中。如下图所示：

　　　　　　

　　　　　　　　（2）STM32 在上电启动之后默认从Flash 启动，启动之后会将RW 段中的RW-data（初始化的全局变量）搬运到RAM 中，但不会搬运RO 段，即CPU 的执行代码从Flash 中读取，另外根据编译器给出的ZI 地址和大小分配出ZI 段，并将这块RAM 区域清零。

　　　　　　　　说明：其中动态内存堆为未使用的RAM 空间，应用程序在申请和释放的内存块都来自该空间。

　　　　　　　　　　 一些全局变量则是存放于RW 段和ZI 段中，RW 段存放的是具有初始值的全局变量（而常量形式的全局变量则放置在RO 段中，是只读属性的），ZI 段存放的系统未初始化的全局变量。

 

Q3:　　　　嵌入式开发中是如何实现程序下载（烧写）的?

　　　　　　（1）首先谈谈两个概念：烧写和固件。嵌入式系统需要预先将程序写入ROM/FLASH中,在启动时载入才能够运行这些程序,将已经生成的程序写入ROM/FLASH的过程叫做烧写。这样固化在存储介质上的文件叫固件(firmware)。烧写即是更新固件的过程。

　　　　　　　（2）三种程序编烧写方式——ISP/ICP/IAP

　　　　　　  　　ISP：In System Programing，在系统编程

　　　　　　　　只需上电，处理器无需工作，更新整个存储内容的方式，不需要处理器中间操作，不需要存在引导程序，属于硬件单独处理行为.

　　　　　　　　  ICP：In Circuit Programing，在电路编程

　　　　　　　　可以编程写入最终用户代码，不需要从电路板上取下器件，已经编程的器件也可以用ISP方式擦除或者进行再次编程，需要一些必要的硬件逻辑或引导代码，例如使用JTAG下载。

　　　　　　　　 IAP：In Applicating Programing，在应用编程

　　　　　　　    IAP从结构上将Flash存储器映射为多个存储体区域(引导区、运行区、下载存储区等等)，第一个项目程序存放在应用引导区，不执行正常的功能操作，而只是通过某种通信管道接收程序或数据，执行对其他部分代码的更新;其他代码才是真正的功能代码，存放在程序存储区。当芯片上电后，首先运行应用引导区程序，检查是否需要对第二部分代码进行更新，存在更新则进行更新后执行，否则直接执行。所以引导区程序应该不可以IAP方式更新。总而言之，就是将存储体分区来进行嵌入系统运行调度和管理。

　　　　　　

Q4: 　　　　常使用的程序烧写方式有哪些？
　　　　　　

　　　　　　　　1、把系统当做一个存储区域进行烧写，相当于把单片机当成一个ROM芯片。

　　　　　　   2、采用专门接口及专用的下载线将程序烧写到固件中。这时CPU除了执行单片机本身的指令之外，还能执行对存储器进行操作的特殊指令，擦除、烧写和校验指令。先通过传输相应的指令给CPU执行(擦除、读入、烧写、校验等)，这样完成烧写。现在普遍使用的JTAG仿真器也是这样，CPU能执行JTAG的特殊指令，完成对固件的烧写操作。

　　　　　　  3、 引导程序，即单片机中已经存在了一个烧写程序。启动单片机时首先运行该段程序，程序判断端口状态，识别烧写的特殊状态，就从某个端口读取数据，然后写入到存储单元中。如果是正常的状态，就转到用户的程序开始执行。需要触发硬件选择用户程序模式还是烧写模式。

 

 注：部分内容参考于《rt-thread官方开发手册》