AN-2058: ADuCM355 ユーザ・ブートローダ

はじめに

カーネル・ブートローダがないため、消去されたADuCM355のフラッシュ・メモリは、最初にシリアル・ワイヤを介してユーザ・アプリケーションをプログラムする必要があります。

ユーザ・アプリケーションでは、フィールド内で自己更新するメカニズムを備えた独自のブートローダを実装することができます。独自のブートローダを実装するには、ユーザ・アプリケーションがユーザ・ブートローダに適した形で構成されている必要があります。

このアプリケーション・ノートでは、以後ユーザ・ブートローダと呼ぶ1つのアプローチについて説明します。このユーザ・ブートローダは、ユーザ・フラッシュを2つの別々の領域にパーティショニングし、1つの領域ではCrossCore^®シリアル・フラッシュ・プログラマに対応できるブートローダを実装することで実現できます。

ADuCM355の概略

ADuCM355の次の機能が、ユーザ・ブートローダを実装するために使用されます。

ADuCM355には128kBのユーザ・フラッシュがあり、これは消去と書込み保護のために8kBのブロックごとにパーティショニングされています。

リセット後、内蔵カーネルによって、以下が直ちに実行されます。

製造時のデータを使用してデバイスをブート。
ユーザ・フラッシュ・メタデータを調べ、ユーザ・アプリケーションを実行するよう切り替えるか、内蔵カーネルにとどまるかを判定。
ユーザ・フラッシュ・メタデータを調べ、ユーザ・フラッシュの容量内のフラッシュ・ブロックを書込み保護するかどうかを判定。ユーザ・アプリケーションが有効な場合、ブロックの書込み保護を適用して終了し、ユーザ・アプリケーションに移行します。ユーザ・アプリケーションが有効でないか、BM/P1.1ピンがアサートされている場合、ブロックの書込み保護は適用されず、内蔵カーネルにとどまります（カーネル実行のフローチャートについては図7を参照）。

内蔵カーネルにとどまる場合、次の利点があります。

復元。デバイスへの必要なアクセスを妨げる可能性がある動作をユーザ・コードが実行することがなくなります。
書込み保護の回避。ブロックが書込み保護されると消去できず、これは一括消去によっても不可能です。そのため、ユーザ・フラッシュへの書込み保護の適用は、それがユーザ・フラッシュ・メタデータ経由の間接的な方法であっても、ユーザ・アプリケーションの実行による直接的な方法であっても、回避されます。コード実行がカーネル内にとどまるため、ユーザ・フラッシュの一括消去が可能となります。

ユーザ・ブートローダの実装

ユーザ・ブートローダはユーザ・フラッシュの最初の8kBに配置されます。残りの120kBは、ユーザ・アプリケーションの開発用に使用できます（図1を参照）。

ユーザ・ブートローダは、ユーザ・フラッシュの最初の8kBにある、スタンドアロンのアプリケーションです。ユーザ・アプリケーションは、0x2000（つまり8kB）以降で実行するよう構築する必要があります。そのため、スタンドアロン・アプリケーションに多少の修正を加える必要があります。

この修正を行うため、カスタム・リンカ設定ファイルを使用してユーザ・アプリケーションをユーザ・フラッシュ内の適切な場所に配置することが必要です。

カスタム・リンカ・ファイルの読込みは、IAR Embedded Workbench^®環境で、［Linker］ > ［Config］タブにアクセスして実行できます（図5を参照）。手順の全体については変換手順のセクションを参照してください。

.icfリンカ・スクリプト・ファイルをADuCM355用にGitHubで提供されている標準的なスクリプト・ファイルと比較すると、いくつかの違いが浮かび上がります。（図2を参照）。

ブートローダの配置

ユーザ・ブートローダはユーザ・フラッシュの最初の8kBに配置されます。これは、例外ベクタ・テーブル、チェックサムの配置、ユーザ・フラッシュ・メタデータを備える他のADuCM355アプリケーションと同様に構築されています。

ユーザ・アプリケーションの配置

ユーザ・アプリケーションは0x2000以降に配置され、使用可能なアプリケーション容量は、0x2000だけ減少します。Cortex^®-M3割込みベクタ・テーブルは0x2000に配置されます。ユーザ・ブートローダは、この配置に一致するよう、Cortex-M3ベクタ・テーブル・オフセット・レジスタ（VTOR）を更新します。

ユーザ・フラッシュ・メタデータは0x2000だけオフセットされます。

ユーザ・ブートローダ・メタデータ

ユーザ・ブートローダ・メタデータは、内蔵カーネルによってチェックと処理が行われます。内蔵カーネルは、ユーザ・ブートローダ領域の有効性を検証してから、ユーザ・フラッシュのユーザ・ブートローダ領域に制御を移し、任意のユーザ・フラッシュ書込み保護を適用します。

ユーザ・アプリケーション・メタデータ

ユーザ・アプリケーション・メタデータは、ユーザ・ブートローダによってチェックと処理が行われます。ユーザ・ブートローダは、ユーザ・アプリケーション領域の有効性を検証してから、ユーザ・フラッシュのユーザ・アプリケーション領域に制御を移し、任意のユーザ・フラッシュ書込み保護を適用します。

ユーザ・ブートローダは、内蔵カーネルがユーザ・ブートローダ・メタデータ（または標準的なアプリケーション・メタデータ）に対し実行するのと同じタイプのチェックと動作をユーザ・アプリケーション・メタデータに対し行いますが、使用するアドレスと範囲だけが異なります。したがって、標準アプリケーションは0x2000だけオフセットすることで、ユーザ・ブートローダで動作するよう容易に変換できます。

デスクトップ・アプリケーション

プロトコルは、www.analog.com/jp/crosscore-utilitiesでダウンロード可能な、アナログ・デバイセズのCrossCore Serial Flash Programmerツールで使用できます。

このCrossCore Serial Flash Programmerツールは、いくつかの異なるプロトコルの変種に対応しています。ユーザ・ブートローダのこの実装は、ADuCM3027およびADuCM3029によって実装されるバージョンをサポートしています。図3に示すように、［Target］で［ADuCM302x］オプションを選択してください。

［Action］がサポートするオプションは、［Program］と［Erase］です。

［Browse］ボタンをクリックして［File to download］からユーザ・アプリケーションのIntel Hexadecimalファイルをロードし、［Start］をクリックします。

図3. CrossCore Serial Flash Programmerウィンドウ

変換手順

ユーザ・ブートローダまたはユーザ・アプリケーションのモデルで使用できるように既存のアプリケーションを変換するには、次の手順が必要です。

ADuCM355ソフトウェア開発キット（SDK）をGitHubからダウンロードまたは複製します。GitHubでADuCM355を検索し、aducm355-examples SDKファイルを見つけてください。
SDKで、［examples］ > ［DigitalDie］ > ［M355_Bootloader］の順に移動します。BootloaderConstantArray.cファイルと、iarフォルダのuser-bootloader-sample-application.icfファイルを、ブートローダの実装先のアクティブなプロジェクト・ディレクトリにコピー＆ペーストします。
IAR Embedded Workbenchで目的のプロジェクトを開き、プロジェクト・エクスプローラのアプリケーション・フォルダを右クリックしてBootloaderConstantArray.cファイルをプロジェクトに追加します。次に、［Add］ > ［Add Files］の順に移動して、BootloaderConstantArray.cファイルを選択します。ユーザ・ブートローダはCファイルで提供されます。これには、ユーザ・ブートローダを実装するための命令コードのC配列が含まれています。カスタム・リンカ設定ファイルが備わっているため、この配列は確実に0x0000 0000の場所に正しく配置されます。

図4. ブートローダの追加
図5に示すように、IAR Embedded Workbenchで［Linker］ > ［Config］タブにアクセスして、カスタム・リンカ設定ファイルを選択します。［Override default］ボックスを選択して、user-bootloader-sample-application.icfファイルを探します

この変更されたリンカ設定ファイルによって、ユーザ・ブートローダとユーザ・アプリケーションはユーザ・ブートローダまたはユーザ・アプリケーションのモデルに従って適切に配置されるようになります。

図5. カスタム・リンカ設定ファイルの指定
ユーザ・アプリケーションのチェックサム計算の範囲は、変更されたメモリ・レイアウトに合わせて調整する必要があります。IAR Embedded Workbenchでチェックサム計算を調整するには、［Linker］ > ［Checksum］タブに移動します（図6を参照）。［Start address］ボックスに0x2000を、［End address］ボックスに0x27FBを入力します。

標準のアプリケーションでは、この計算は内蔵カーネルを使用し、ユーザ・フラッシュ内のアプリケーションの整合性をチェックします。

ユーザ・ブートローダまたはユーザ・アプリケーションのモデルでは、内蔵カーネルがユーザ・ブートローダの整合性をチェックした後にユーザ・ブートローダに切り替え、ユーザ・ブートローダがユーザ・アプリケーションの整合性をチェックした後にユーザ・アプリケーションに切り替えます。

図6. チェックサム計算
startup_ADuCM355.cファイルを変更します。
1. 次のコード行を追加します。
  /* Linker provided symbols */
  extern uint32_t FINAL_CRC_PAGE;
2. NumOfCRCPagesを検索し、次の行
  __root const uint32_t NumOfCRCPages=0;
  を次の行に置き換えます。
  __root const uint32_t NumOfCRCPages=(uint32_t)&FINAL_CRC_PAGE;
最終手順はメイン・プログラムに関数を追加することです。
void __iar_init_core (void)
{
SCB->VTOR = (uint32_t)
&__vector_table;
}

この関数の目的は、VTORがユーザ・ファームウェアの例外テーブルをポイントするようにすることです。ブートローダは既にこの手順を実行していますが、デバッグ・モードの場合、IAR Embedded Workbenchはブートローダの実行をバイパスします。IAR Embedded Workbenchのデバッガは、PCにタイプ0のリセット（ハードウェア・リセット）を実行してから、リセット・ベクタであると考えられる状態にリセットします。そのため、デバッグ・モードで割込みが機能するためには、この関数が必要になります。