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[APM32F4]

基于APM32F407制作I2C EEPROM的MDK-Keil下载算法

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本帖最后由 luobeihai 于 2024-3-10 23:30 编辑

#申请原创#  @21小跑堂

前言

最近在做的一个项目中,需要经常把一些参数下载到I2C EEPROM中,然后MCU上电去读取。如果在产品量产过程中,可以使用烧录治具往EEPROM写入一次即可。但是在调试开发阶段,需要经常修改这些数据,调试起来非常不方便。

我调试的环境是MDK-Keil,于是网上了解了下如何制作Keil的下载算法,下面介绍下基于APM32F407如何制作I2C EEPROM(AT24C02型号)的Keil下载算法,这样在我们下载代码时可以一键把数据烧录到EEPROM中。

对于 Keil 的下载算法文件相关的详细介绍可以到官方在线文档进行了解,这些文档详细介绍了下载算法的实现细节。文档链接如下:

https://open-cmsis-pack.github.io/Open-CMSIS-Pack-Spec/main/html/flashAlgorithm.html

1.Keil如何调用下载算法

Keil的下载算法,我的理解就是可以通过Keil去调用该下载算法,然后可以去编程各种存储设备,比如MCU内部的Flash,通过MCU外设连接外扩的SPI Flash或者I2C EEPROM等器件。

要想通过Keil IDE的下载按钮一键编程这些存储设备,那么需要有对应器件的下载算法才能去编程。对于Keil来说通过调试界面指定相应的下载算法 xxx.FLM 文件,然后就可以被调用了,如下图:


Keil 在调试下载阶段,会把算法文件加载到芯片的内部 RAM 里面,加载的芯片内部的RAM地址和大小可以在上面的配置截图进行设置。然后就可以在 RAM 中执行这个下载算法文件的擦除、编程等函数,从而实现对存储设备下载程序或者在调试阶段读取数据等操作。

大致流程如下图:


主要是分为两步:

  • 通过SWD/JTAG调试接口,把下载算法加载到RAM。
  • 执行下载算法的擦除、编程等函数,从而对内部Flash进行编程或者通过MCU的片上外设对外扩的SPI FLASH/I2C EEPROM执行编程操作。

另外,前面说到会把下载算法文件加载到 RAM 运行,而且我们可以设置加载到任何的 RAM 地址运行,那么对下载算法生成的代码必须是与位置无关的代码,这样才能加载到任意 RAM 地址运行。

2.Keil下载算法函数和执行流程

2.1 下载算法需要实现哪些函数

根据官方文档介绍,要制作一个新的下载算法需要实现函数有:


一共有7个函数,而且这些函数的原型已经规定好了的,只需要我们根据不同的存储设备实现具体的功能即可。

其中有 mandatory 修饰的函数,是制作一个新的下载算法必须要实现的函数是,而 optional 修饰的函数则可根据需要实现还是不实现。

2.2 擦除流程

  • 加载算法到芯片 RAM。
  • 执行初始化函数 Init。
  • 执行擦除操作。其中擦除操作会根据Keil的配置选项,选择是擦除整个芯片还是扇区擦除。
  • 执行 Uinit 函数。
  • 擦除完成。

2.3 编程流程

编程流程,就是把编译出来的可执行程序下载到Flash或者其他存储器。


  • 对于所有 AXF 文件内容,执行 Init 初始化函数
  • 判断 Flash 算法是否在FLM文件中。不在则编程结束,返回失败。如果编程算法存在,则执行下面操作:
    (1)加载算法到RAM
    (2)执行Init函数
    (3)加载应用程序(待编程的数据)到RAM Buffer中
    (4)执行Program Page编程函数
    (5)执行Uninit函数
  • 编程完成。

2.4 校验流程

校验就是把 AXF 文件中需要下载到Flash的数据,与实际下载到Flash的数据读出来进行比较。


  • 判断 Flash 算法是否在FLM文件中,不在则操作失败。如果编程算法存在,则执行下面操作:
    (1)加载算法到RAM
    (2)执行Init函数
    (3)判断FLM文件是否存在校验算法。

    • 存在则加载应用程序到RAM,然后执行FLM文件中的校验算法
    • 不存在则计算和比较CRC值。把下载到Flash的数据读出来计算的CRC值,与 加载 axf 文件的数据到RAM中计算的CRC值进行比较。

  • 执行Uninit函数


执行完 Uninit 函数后面的步骤,不是很理解,这后面的步骤是不是和调试有关的,在下载代码时并没有关系?

3. 制作Keil环境的I2C EEPROM下载算法

下面我基于APM32F407,制作AT24C02 EEPROM存储芯片的下载算法。

对于下载算法的制作流程,官网已经给出了详细的步骤,下面的步骤是从官网翻译过来的。一个新的下载算法制作步骤:

  • 将ARM:CMSIS Pack 文件夹(通常为 C:\Keil\ARM\Pack\ARM\CMSIS\ version \Device_Template_Flash)中的内容复制到新文件夹。
  • 重命名项目文件NewDevice.uvprojx以表示新的闪存 ROM 设备名称,例如MyDevice.uvprojx
  • 使用 uVision 打开项目。从工具栏中,使用下拉菜单“选择目标”来定义处理器架构。Cortex-M适用于所有 Cortex-M0/M0+、M3 和 M4 设备。该配置假定采用小端微控制器。如果是大端微控制器,请使用Project - Options for Target - Device选择正确的处理器内核。
  • 打开对话框“项目-目标选项-输出” ,然后更改“可执行文件名称”字段的内容以表示设备,例如MyDevice
  • 调整文件FlashPrg中的编程算法。
  • 调整文件FlashDev中的设备参数。
  • 使用Project - Build Target生成新的Flash 编程算法。输出文件(例如MyDevice.FLM)必须添加到DFP中。


上面的步骤就是官网给出的,下面我们就根据官网给出的步骤制作一个新的下载算法。

3.1 准备下载算法模板

下载算法的模板,我们在安装Keil的时候就有了的。官网说在 keil 的安装目录下能找到,但是我安装的是 5.36 版本,Keil安装目录没有找到,而是在 C:\Users\你的用户名目录\AppData\Local\Arm\Packs\ARM\CMSIS\5.8.0\Device_Template_Flash  这个目录找的的下载算法模板。


我们把该目录复制一份备用,然后记得把该文件夹的只读属性去掉。

3.2 Keil环境设置

1、把复制的模板工程的工程名,可以根据我们基于什么芯片制作下载算法修改一下工程名称,这样更具有辨识度。

2、修改选择的目标芯片。


我是基于APM32F407制作下载算法文件,所以选择M4内核就行。

3、修改编译生成的下载算法文件的名称。


4、添加APM32F407的外设驱动库以及I2C EEPROM的读写驱动文件

由于我们是要实现 I2C EEPROM 的下载算法,在编写这些下载算法函数之前,我们必须要先确保 I2C EEPROM 的驱动可以正常读写。I2C EEPROM 的驱动可以从我们实现的例程验证可行之后,然后挪过来使用即可。


3.3 修改FlashPrg.c文件中的编程算法函数

这一步是最重要的,我们实现Keil编程算法主要就是要实现 FlashPrg.c 文件中的各个下载算法函数。根据前面的介绍,一个新的下载算法必须要实现的函数有:Init/EraseSector/ProgramPage/Uninit 这4个函数,其他函数可以根据需要是否实现。下面我们来一一实现这些函数。

1、Init函数的实现
/*
*  Initialize Flash Programming Functions
*    Parameter:      adr:  Device Base Address
*                    clk:  Clock Frequency (Hz)
*                    fnc:  Function Code (1 - Erase, 2 - Program, 3 - Verify)
*    Return Value:   0 - OK,  1 - Failed
*/
int Init (unsigned long adr, unsigned long clk, unsigned long fnc)
{
    /* 系统初始化 */
    //SystemInit();  // 如果使用了库文件的该函数会导致下载是0x08000000地址校验失败,但是实际测试又是下载进去了。不知道什么原因

    I2C_Init();

    return 0;
}

在该函数中,我们可以初始化编程存储器的一些操作,比如配置时钟,GPIO的初始化等等。

2、扇区擦除和整片芯片擦除函数
/*
*  Erase complete Flash Memory
*    Return Value:   0 - OK,  1 - Failed
*/
int EraseChip (void)
{
    volatile int i = 0;
    unsigned char tmepbuf[EE_PAGE_SIZE];
   
    unsigned char adr = 0;
   
    for(i = 0; i < EE_PAGE_SIZE; i++)
    {
        tmepbuf[i] = 0xFF;
    }

    for (i = 0; i < EE_SIZE / EE_PAGE_SIZE; i++)
    {
        ee_WriteBytes(tmepbuf, adr, EE_PAGE_SIZE);
        adr += EE_PAGE_SIZE;
    }
   
    return 0;
}

/*
*  Erase Sector in Flash Memory
*    Parameter:      adr:  Sector Address
*    Return Value:   0 - OK,  1 - Failed
*/
int EraseSector (unsigned long adr)
{
    volatile int i = 0;
    unsigned char tmepbuf[EE_PAGE_SIZE];
   
    adr -= I2C_EEPROM_ADDR;
   
    for(i = 0; i < EE_PAGE_SIZE; i++)
    {
        tmepbuf[i] = 0xFF;
    }

    ee_WriteBytes(tmepbuf, adr, EE_PAGE_SIZE);
    return 0;
}

实际上对于EEPROM芯片,不需要擦除就能写入数据的。不过为了示例,我们也实现这两个擦除函数好了。对于EERPOM来说,擦除就是往它写入0xFF数据即可。

3、ProgramPage 页编程函数实现
#define I2C_EEPROM_ADDR         0x01000000

/*
*  Program Page in Flash Memory
*    Parameter:      adr:  Page Start Address
*                    sz:   Page Size
*                    buf:  Page Data
*    Return Value:   0 - OK,  1 - Failed
*/
int ProgramPage (unsigned long adr, unsigned long sz, unsigned char *buf)
{
    volatile int i = 0;
   
    adr -= I2C_EEPROM_ADDR;
   
    for(i = 0; i < sz/EE_PAGE_SIZE; i++)
    {
        ee_WriteBytes(buf+EE_PAGE_SIZE*i, adr+EE_PAGE_SIZE*i, EE_PAGE_SIZE);   
    }
   
    if(sz%EE_PAGE_SIZE)
    {
        ee_WriteBytes(buf+EE_PAGE_SIZE*i, adr+EE_PAGE_SIZE*i, sz%EE_PAGE_SIZE);   
    }

    return (0);
}

直接调用EEPROM的驱动写函数即可。另外 I2C_EEPROM_ADDR 这个宏定义,是为了在我们的应用代码中,定义数据时选择哪一块区域存储EEPROM的数据,地址是我们可以随意定义的。但是不能与MCU的外设地址,以及Flash、RAM等地址重合就行。

4、Uninit函数实现

该函数根据前面的Keil执行各编程流程,一般是退出编程时会被调用的,我们可以在该函数进行恢复的操作。该函数是必须实现的,如果不需要做任何动作,那么我们保持该函数为空函数就行。
/*
*  De-Initialize Flash Programming Functions
*    Parameter:      fnc:  Function Code (1 - Erase, 2 - Program, 3 - Verify)
*    Return Value:   0 - OK,  1 - Failed
*/

int UnInit (unsigned long fnc) {

  /* Add your Code */
  return (0);                                  // Finished without Errors
}

3.4 修改FlashDev.c文件的设备参数

在FlashDev.c文件中有一个名为FlashDevice的结构体常量,这个结构体的信息是给 Keil 提供编程设备的信息的,比如编程的起始地址,总大小,一个扇区的大小,设备类型等等信息。我们根据自己的需要编程的设备类型修改即可。
struct FlashDevice const FlashDevice  =  {
   FLASH_DRV_VERS,             // Driver Version, do not modify!
   "APM32F407_I2C_EEPROM_AT24C02",   // Device Name
   EXTSPI,                     // Device Type
   0x01000000,                 // Device Start Address. EEPROM的编程地址。
   0x00000100,                 // Device Size in Bytes
   8,                       // Programming Page Size
   0,                          // Reserved, must be 0
   0xFF,                       // Initial Content of Erased Memory
   6000,                        // Program Page Timeout 6000 mSec
   6000,                       // Erase Sector Timeout 6000 mSec

// Specify Size and Address of Sectors
   0x000008, 0x000000,         // Sector Size  8B (32 Sectors)
//   0x010000, 0x010000,         // Sector Size 64kB (2 Sectors)
//   0x002000, 0x030000,         // Sector Size  8kB (8 Sectors)
   SECTOR_END
};

3.5 生成算法文件

我们实现了 FlashPrg.c 文件的编程算法函数之后,直接编译就可以生成 xxx.FLM 算法文件了。

在编译之前,我们需要检查生成的代码是位置无关码。在Keil设置如下:


C/C++和Asm选项卡都要检查是否已经勾选了上面的配置。

点击编译即可生成Keil下载算法文件。


4. 新制作的下载算法文件使用和测试

1、把生成的下载算法文件放置到Keil安装的目录 C:\Keil_v5\ARM\Flash 下待使用


2、Keil环境配置下载算法


3、APM32F407_I2C_EEPROM算法测试验证。

我们使用下载算法下载数据到EERPOM,然后再通过应用程序读出来进行对比写进去的数据是否一致,就可以知道EEPROM下载算法是否起作用。

我们找一个 APM32F407 EEPROM 的例程进行测试。

(1)首先在例程里面定义下面待烧录到EEPROM的数据:
const uint8_t EEPROM_FLM_Test1[16] __attribute__((at(0x01000000))) = {
    0xCB,0xFF,0x01,0x02,0x03,0xAA,0x06,0x07,
    0x08,0x09,0x10,0xA1,0xA2,0xA3,0xA4,0xBB
};
const uint8_t EEPROM_FLM_Test2[16] __attribute__((at(0x010000A0))) = {
    0x12,0x34,0x01,0x02,0x03,0xAA,0x06,0x07,
    0x08,0x09,0x10,0xA1,0xA2,0xA3,0xA4,0xBB
};

其中我们规定这些数组必须链接到 0x01000000 起始的地址,这是因为我们制作的 EEPROM 的下载算法编程地址就是在该范围,这个地址会在下载算法内部转换为EEPROM 编程的 0 地址,比如说 0x01000000 起始地址,对应的就算EEPROM的0地址。

(2)然后编译下载代码到Flash和EEPROM即可。

下载代码时,检测的0x01000000地址需要下载数据,Keil就会自动调用EEPROM的下载算法把数据编程到EEPROM了。

如下在下载程序没有报错,下载完成。


然后运行代码,把EEPROM的数据读出来,对比是否一致。


可以看到往EEPROM的0x00地址和0xA0地址,通过编程算法写入的数据,然后再通过程序读出EEPROM的数据是一样的。说明EEPROM的编程算法可以正常被调用和执行。

以上就是基于 APM32F407 制作 I2C EEPROM 的 Keil 下载算法过程。下面上传了 APM32F407 I2C EEPROM 编程算法的工程源码,以供大家参考。

APM32F407_AT24C02_FLM.zip (687.41 KB)






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21小跑堂 打赏了 150.00 元 2024-03-12
理由:恭喜通过原创审核!期待您多的原创作品~(升级蓝v达人可获得更高的奖励)

沙发
一路向北lm| | 2024-3-11 23:22 | 只看该作者
很不错啊,keil玩到了极致

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板凳
lyb1211| | 2024-3-12 10:58 | 只看该作者
感觉太复杂了,看不懂

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地板
kai迪皮| | 2024-3-13 09:25 | 只看该作者
学到了,又学会新技能

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5
luobeihai|  楼主 | 2024-3-15 09:18 | 只看该作者
lyb1211 发表于 2024-3-12 10:58
感觉太复杂了,看不懂

这个还好吧,流程还是挺简单的。可能我写的还是不够清晰吧

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6
WoodData| | 2024-3-25 22:47 | 只看该作者
学习学习,新技能

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7
gangong| | 2024-10-25 16:01 | 只看该作者
大神玩KEIL非常棒了

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8
黑心单片机| | 2024-11-16 19:21 | 只看该作者
这个写入EEPROM的过程是单片机控制的还是烧录器控制的

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