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👤拔丝英语网 🕔2019/11/13 0:38 📁国外生活

内容提要

引言

1. S32K144的bootloader和应用程序存储器地址分配

2. S32K144 CAN总线 bootloader和应用工程工程介绍

2.1 Processor Expert图形化配置生成S32K144-EVB的外设模块底层驱动

2.2 S32K144 CAN bootloader工程功能介绍

2.3 应用程序样例工程1介绍

2.4 应用程序样例工程2介绍

3. 上位机软件及CAN总线通信协议介绍

4. S32K144 CAN总线 bootloader的使用

4.1 基于S32K144-EVB的测试硬件连接

4.2 在S32K144-EVB上测试本例bootloader

总结

引言

S32K1xx系列MCU是NXP于2017年推出的基于32位Arm® Cortex®-M4F和Cortex-M0+内核符合汽车电子AEC-Q100规范的通用汽车级微控制器。其具有强大的可扩展性 - 硬件和软件兼容的系列，提供多种性能、存储器和功能选项，并集成了ISO CAN FD、CSEc硬件安全、ASIL-B ISO26262功能安全和超低功耗性能，而且为用户提供免费的量产级软件开发套件(SDK)和S32 Design Studio IDE以及对AUTOSAR和MCAL的支持及强大的第三方生态合作体系，被市场广泛认可和使用。

随着汽车电气自动化和网联自动驾驶技术的日益普及，行业内主机厂(Car OEM)和汽车零部件供应商(Tier 1)对车内ECU(Electronic Control Unit，电控单元)提出了bootloader开发的急迫需求。

然而，汽车ECU bootloader的开发，要求开发者对ECU所用MCU的CPU内核、中断、存储器、通信外设、软件开发工具链、编程文件格式等都有全面深入的掌握，并非大多数工程师所能胜任。

尽管在我的微信公众号号(汽车电子expert成长之路)已经更新了若干相关知识的介绍文章(点击文章标题即可立即跳转阅读)：

《汽车电子ECU bootloader开发开发之S32K1xx系列MCU bootloader开发要点详解》；

《浅谈嵌入式MCU软件开发之startup过程详解(从复位向量到main函数之前的准备工作)》；

《浅谈嵌入式MCU软件开发之S32K1xx系列MCU启动过程及重映射代码到RAM中运行方法详解》；

《CodeWarrior IDE使用Tips之利用prm链接文件实现储存器数据填充和代码编译结果CRC校验和自动生成详解》；

还是有很多读者还是留言反馈，在开发S32K1xx系列MCU的ECU bootloader中遇到了各种各样的问题。希望我能够像之前介绍S12(X)和MPC57xx系列MCU的ECU bootloader开发那样，以具体的一颗MCU为例进行深入详解，并提供验证可用的ECU bootloader demo工程分享给大家参考：

《汽车电子ECU BootLoader开发之基于CAN总线通信的MPC574xP系列MCU bootloader开发详解》；

《汽车电子ECU BootLoader开发之基于CAN总线通信的S12(X) 系列MCU独立NVM驱动安全bootloader》；

《浅谈嵌入式软件开发之Qorivva MPC57xx和S32R系列多核MCU启动配置与bootloader开发要点详解》；

为了更加实际的帮助大家，我花了2个晚上的时间，把之前在MPC5744P上实现的CAN bootloader移植到S32K144上，并基于S32k144 EVB-Q100x和武汉吉阳光电的GY8507 USB-CAN Adapter进行了验证。

在此，我将其中的若干细节分享给大家，希望对大家有所帮助和启发。

1. S32K144的bootloader和应用程序存储器地址分配

S32K144的存储器资源包括SRAM、FlexRAM、FlexNVM(可分区用作EEEPROM备份Flash或者D-Flash)和P-Flash。其中SRAM，FlexNVM和P-Flash提供了单比特纠错和多比特检错的ECC功能。

S32K144 MCU的存储器资源如下表：

S32K144的存储器资源	大小	是否有ECC功能	ECC类型
SRAM	60KB	有	32 + 7
FlexRAM	4KB	无	-
P-Flash	512KB	有	64 + 8
FlexNVM	64KB	有	64 + 8

相应地各种存储器的地址映射如下图：

S32K144的bootloader和应用程序存储器地址分配如下：

S32K144的存储器资源	大小	bootloader地址映射	应用工程地址映射
SRAM	60KB	全部使用	全部使用
FlexRAM	4KB	未使用	未使用
P-Flash	512KB	0x0000~0x7FFF(32KB)	0x8000~0x7FFFF(480KB)
FlexNVM	64KB	未使用	未使用

S32K144 bootloader 链接文件存储器分配：

/* Specify the memory areas */MEMORY{  /* allocate 32KB P-Flash for bootloader */  m_interrupts          (RX)  : ORIGIN = 0x00000000, LENGTH = 0x00000400  m_flash_config        (RX)  : ORIGIN = 0x00000400, LENGTH = 0x00000010  m_text                (RX)  : ORIGIN = 0x00000410, LENGTH = 0x00007BF0    /* reserve 512-32 = 480KB P-Flash for application*/  App_flash             (RX)  : ORIGIN = 0x00008000, LENGTH = 0x0007800
  /* SRAM_L */  m_data                (RW)  : ORIGIN = 0x1FFF8000, LENGTH = 0x00004000  Boot_SRAM             (RX)  : ORIGIN = 0x1FFFC000, LENGTH = 0x00004000
  /* SRAM_U */  m_data_2              (RW)  : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 0x00007000}

S32K144应用程序链接文件存储器分配：

/* Specify the memory areas */MEMORY{   /* Flash for APP*/  m_interrupts          (RX)  : ORIGIN = 0x00008000, LENGTH = 0x00000400  m_flash_config        (RX)  : ORIGIN = 0x00008400, LENGTH = 0x00000010  m_text                (RX)  : ORIGIN = 0x00008410, LENGTH = 0x00077BF0
  /* SRAM_L */  m_data                (RW)  : ORIGIN = 0x1FFF8000, LENGTH = 0x00008000
  /* SRAM_U */  m_data_2              (RW)  : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 0x00007000}

为了方便调试，创建了一个与此bootloader相匹配的伪（pseudo）bootloader链接文件，将应用程序的中断向量表(m_interrupts)和Flash配置(m_flash_config)放置到默认地址(0x0000~0x040F)，以保证在没有bootloader(bootloader与应用程序同步开发，bootloader未ready时使用)时应用程序能够正常运行和放置芯片加密保护：

/* Specify the memory areas */MEMORY{  /*pesudo bootloader for directly debug app*/  m_interrupts          (RX)  : ORIGIN = 0x00000000, LENGTH = 0x00000400  m_flash_config        (RX)  : ORIGIN = 0x00000400, LENGTH = 0x00000010    /* Flash for APP*/  m_text                (RX)  : ORIGIN = 0x00008410, LENGTH = 0x00077BF0
  /* SRAM_L */  m_data                (RW)  : ORIGIN = 0x1FFF8000, LENGTH = 0x00008000
  /* SRAM_U */  m_data_2              (RW)  : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 0x00007000}

Tips：通过App1/2样例工程的AppDebug编译目标调用：

相应的编译结果可使用对应的调试目标调用：

2. S32K144 CAN总线 bootloader和应用工程工程介绍

为了快速开发和验证S32K144的CAN总线bootloader，本文提供的bootloader和应用程序样例工程，均使用S32K1xx SDK RTM3.0.0并使用S32DS for ARM v2018.R1 IDE集成的Processor Expert图形化配置生成S32K144-EVB的底层驱动程序。

2.1 Processor Expert图形化配置生成S32K144-EVB的外设模块底层驱动

根据S32K144-EVB的硬件设计，配置S32K144 CAN总线bootloader和应用程序样例工程中用到的外设模块底层驱动如下：

① RGB三色LED控制GPIO引脚配置

S32K144 EVB RGB LED	S32K144 GPIO pin	FTM(PWM)
BLUE	PTD0	FTM0_CH2/FTM2_CH0
RED	PTD15	FTM0_CH0
GREEN	PTD16	FTM0_CH1

在pin_mux组件中配置PTD0, PTD15和PTD16方向为输出，以控制S32K144 EVB板载RGB三色LED：

②两个用户按键输入上升沿中断配置

S32K144 EVB BUTTON	S32K144 GPIO pin
SW2	PTC12
SW3	PTC13

在pin_mux组件中配置PTC12和PTC13方向为输入：

并配置其为CPU响应上升沿中断(ISF flag and interrupt on rising-edge)，使能内部下拉：

③电位器模拟输入ADC通道配置

电位器	S32K144 ADC通道
0~5V输入	ADC0_SE12

添加adc_pal组件，将其配置为使用硬件ADC0和PDB0, 12-bit分辨率，50 sample ticks：

并配置ADC转换序列使用LPIT channel 0(LpitCh0)硬件触发(HW trigger)外部输入通道12(ADC_INPUTCHAN_EXT12)的采样：

④LPUART串口通信的配置

在S32K144-EVB上，通过板载OpenSDA调试实现了一路虚拟串口，与S32K144的LPUART1相连：

S32K144 EVB UART	LPUART1	CAN bus Header(J13)
TX	PTC7	OpenSDA(Virtual Serial Port)
RX	PTC6	OpenSDA(Virtual Serial Port)

添加uart_pal组件，将其配置为使用硬件LPUART1，通信波特率为115200 bit/s，无奇偶校验位、1-bit停止位、每个字符8-bit，使用CPU中断收发：

并在pin_mux组件中，将LPUART1的RX和TX引脚配置为分别使用PTC6和PTC7：

⑤FlexCAN0的配置

S32K144-EVB的CAN总线通信使用板载的UJA1169 SBC集成的CAN收发器，其默认是使能的，无需单独配置使能引脚或者使用SPI对其内部寄存器进行配置即可使用：

S32K144 EVB CAN	FlexCAN0	CAN bus Header(J13)
TX	PTE5	CAN_H(J13-1)
RX	PTE4	CAN_L(J13-2)

添加can_pal组件，将其配置为使用硬件FlexCAN0，选择8MHz外部晶振输入作为其波特率参考时钟源，配置通信波特率为500Kbit/s的CAN 2.0A/B协议：

并在pin_mux组件中，配置FlexCAN0的RX和TX引脚分别使用PTE4和PTE5：

⑥Flash驱动配置

添加Flash组件，其为bootloader提供了Flash驱动API：

⑦看门狗配置

添加WDOG看门组件，选择8MHZ的SIRC作为其参考时钟源，并将timeout周期设置为320ms：

2.2 S32K144 CAN bootloader工程功能介绍

作为S32K144 CAN bootloader的功能实现，该工程使用了S32K1xx SDK的can_pal组件和flash组件来完成bootloader与上位机之间的CAN总线通信和提供应用程序更新的Flash驱动代码：

bootloader具体程序实现如下：

每次MCU复位 (包括上电复位、看门狗复位、外部输入复位、低电压检测复位、时钟检测复位和非法地址) 之后，进行系统初始化，配置系统时钟、打开定时器、配置FlexCAN和用于状态指示的LED控制GPIO，打开CPU全局中断，然后等待上位机boot命令并检查是否超时：

如果在规定的500ms内接收到了上位机请求进入boot的命令，则接收数据并解析得到行地址和字对齐 (1word=2Byte) 的数据，接着判断S19行地址空间，

若是Flash地址且是第一次收到Flash数据，则将除bootloader程序之外的所有片上Flash擦除为编程应用程序做准备；对Flash地址的数据，在编程到Flash中之前，还必须将以上解析结果的地址和数据进行4字(8字节)对齐，以满足MPC57xx系列MCU C55 Flash对ECC的要求；

若是RAM地址，则无需擦除，直接将介绍到的数据写到指定RAM地址；

然后与上位机建立通信，逐行接收，解析并将结果烧写到相应地址的片上Flash/EEPROM/RAM中，直至整个应用程序S19文件结束，最后复位外设(关闭MSCAN)、清除NVM驱动所在的RAM空间、关闭CPU全局中断，禁止所有外设中断，结束bootloader跳转至应用复位函数开始执行应用程序；

如果在规定的500ms内未收到上位机通过CAN发来的进入boot命令，则直接关闭CPU全局中断，禁止所有外部中断，结束bootloader跳转至应用复位函数开始执行应用程序。

整个bootloader工程的软件流程图如下：

2.3 应用程序样例工程1介绍

为了验证S32K144 CAN总线bootloader，创建了两个应用程序样例工程，其中样例工程1，在配置PLL产生80MHz内核工作频率的前提下，实现了对S32K144板载RGB LED和用户按键输入的综合测试功能(LPIT 1秒定时中断翻转绿色RGB LED， SW2按下后在其中断ISR中开启蓝色 RGB LED，SW3按下后则在其中断ISR中关闭蓝色 RGB LED)，实现了CAN总线通信以响应bootloader上位机的应用程序升级请求，当接收到boot ID的CAN报文后，程序将进入死循环，等待看门狗timeout复位，从而进入bootloader模式：

2.4 应用程序样例工程2介绍

为了验证S32K144 CAN总线bootloader，创建了两个应用程序样例工程，其中样例工程2，配置PLL产生80MHz内核工作频率，在样例工程1功能实现的基础上，还增加了LPUART的串口通信打印输出ADC采样结果（通过PIT 通道0硬件触发完成对板载电位器输入电压的采样），并据此控制PWM信号输出的占空比，从而实现对板载蓝色 RGB LED亮度的连续控制：

3. 上位机软件及CAN总线通信协议介绍

运行在PC上的上位机软件主要功能是读取目标MCU的应用程序S19文件，并调用USB转CAN总线适配器 (Adapter) ，将其逐行下载到目标MCU，其软件设计软件设计流程图如下：

本设计中，采用Visual C++调用WFC和武汉吉阳光电的GY8507 USB转CAN适配器驱动，编写上位机界面软件。

PC上位机下载应用程序S19文件的CAN消息是ID为0x64的标准数据帧，而bootloader host程序应答上位机的CAN消息帧是ID为0xC8的标准数据帧，通信速率设置为500Kbit/s。因此在S32K144初始化时将FlexCAN模块的接收ID滤波器设置为只接收ID为0x64的标准帧，以避免正常网络上其他ECU的干扰。具体在整车上实现时通信速率由当前ECU所在的CAN网络决定，其通信的消息ID由整车厂定义。具体的CAN消息命令定义如下：

4. S32K144 CAN总线 bootloader的使用

4.1 基于S32K144-EVB的测试硬件连接

本例基于S32K144-EVB和吉阳光电的GY8507 USB-CAN Adapter开发和测试，相应的硬件连接如下图所示：

4.2 在S32K144-EVB上测试本例bootloader

按照上图连接好电脑和硬件之后，下载本文文末提供的百度云盘分享，将S32K144_CAN_Bootloader_and_SampleApp_Projects.zip包含的bootloader和测试应用工程导入到S32DS for ARM V2018.R1 IDE中(通过菜单File-->Import..-->General-->Existing projects inti workspace)：

Tips：样例工程编译生成的S19文件，需要使用第三方软件(比如Hew-View)实现8字节对齐以保证下载过程中bootloader对S32K144 Flash的编程符合其最小64bit + 8bit的ECC checkbit要求，且需要将文件后缀名改为.S19才能被本文提供的bootloader上位机软件识别。

并通过S32K144-EVB板载的OpenSAD调试器将MPC5744P_CAN_Bootloader工程下载到S32K144-EVB中；

然后，打开基于吉阳光电的GY8507 USB-CAN Adapter开发的上位机软件下载测试应用工程S19文件：

Step1：下拉选择通信波特率--500Kbps；

Step2：点击“Open driver”打开GY8507 USB-CAN Adapter；

Step3：点击“Send File...”选择已经8字节对齐的测试应用样例工程--S32K144EVB_App1/2的编译结果(位于Debug目录下)S19文件--S32K144EVB_App1/2_LED_ButtonIRQ_PIT_CAN_80MHz_SDK_RTM3P0_8ByteAligned.s19，开始发送/下载；

最后，复位(按下外部复位按键SW3或者重新上电POR复位)S32K144-EVB，则会开始更新测试应用程序：

总结

本文介绍的S32K144 CAN总线bootloader是在之前MPC5744P bootloader的基础上移植的，经实测验证，能够稳定工作，实现完整的bootloader功能，但是依然存在以下不足：

① 上位机使用S19源文件传输，效率不高；

② 要求应用程序编译结果S19文件按照8字节对齐；

③ 不支持最新的CAN-FD通信协议；

④ Flash驱动程序驻留在P-Flash中，未实现NVM独立下载并在RAM中运行的安全bootloader；

⑤支持的USB-CAN adapter设备单一；

在后期，我将考虑对以上不足进行逐一改进，进一步完善S32K144的bootloader功能。

为了方便大家参考学习，我将本文介绍的S32K144 CAN总线bootloader和相应的应用程序样例工程以及上位机软件一起分享到如下百度云盘：

链接: https://pan.baidu.com/s/109YKzfSwh-HrrcNavqCT4w

提取码: xpai

Tips：其中，mfco42d.dll和msvcrtd.dll是在Win10系统中使用GY8507 USB-CAN Adapter驱动所需的两个动态链接库。具体使用方法，请参考ReadMe.txt。

阅读更多精彩内容，请访问以下文章目录列表(点击文章标题直接跳转阅读)：

《历史文章分类列表目录(点击文章标题即可直接跳转阅读，截止2019年10月15日)》;

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Enwei Hu(胡恩伟)

2019年11月12日于山城·重庆.

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