CN103077056A

CN103077056A - 使用少量ROM资源的Bootlorder实现方法

Info

Publication number: CN103077056A
Application number: CN2012105927325A
Authority: CN
Inventors: 吴歌
Original assignee: CETC 15 Research Institute
Current assignee: Clp Taiji Group Co Ltd; CETC 15 Research Institute
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2032-12-31
Also published as: CN103077056B

Abstract

本发明公开了一种使用少量ROM资源的Bootlorder实现方法，本发明为了减少ROM资源使用量，并非将所有资源在流片时固化到Boot ROM中，而是将Bootlorder程序分成了三个部分，分别为引导程序代码、Flash管理程序和用户应用程序；其中只有引导程序代码固化到Boot ROM中，保证Boot ROM内仅保留最少量的必要固件资源；而其他大量内容，存放在Flash可擦写存储单元内。这样Boot ROM中只存放最基本最简单的测试和下载程序。在需要进行程序修改时，不需要重新流片，大大降低了风险和成本。

Description

使用少量ROM资源的Bootlorder实现方法

技术领域

本发明涉及Bootlorder技术领域，尤其涉及一种使用少量ROM资源的Bootlorder实现方法。

背景技术

智能卡芯片通常采用嵌入式操作系统。

在嵌入式操作系统中，Bootlorder是在操作系统内核运行之前运行。可以初始化硬件设备、建立内存空间映射、从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。

Boot ROM是管理设备启动序列的只读存储器，每次上电复位都是从BootROM进行启动和跳转，物理上使用1KB掩膜ROM实现。Boot ROM对于用户应用程序是不可见的。一般的智能卡芯片中Boot ROM中必须要存放所有与底层相关的程序，以及COS下载程序。

这样设计的缺陷是ROM中的程序是在流片过程中通过掩膜方式固化在芯片里面。如果：1.掩膜过程中万一出现故障，导致ROM中的程序不能正常工作，则整批晶圆报废。2.如果发现程序中有BUG，或者程序需要升级，则需要在流片阶段重新定制掩膜版，费用昂贵。

本次设计中的方案是Boot ROM仅保留最少量测试固件资源；其他大量内容，放在非易失性存储管理器（NVM Manager，存放在Flash可擦写存储单元内）里实现。这样boot rom中只存放最基本最简单的测试和下载程序。大大降低了风险和成本。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种使用少量ROM资源的Bootlorder实现方法，采用Flash+ROM的方案，在ROM中固化少量必要的引导程序，在需要进行程序修改时，不需要重新定制掩膜版，节省费用。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种使用少量ROM资源的Bootlorder实现方法，该方法采用Boot ROM和Flash共同构成Boot存储区；其中，Flash内部具有Flash系统区和数据区，数据区又被细分为中断向量存放区、Flash管理程序区和用户应用程序区；

该方法包括如下步骤：

步骤1、在流片阶段，通过掩膜的方式，向Boot ROM中加载引导程序代码；

步骤2、设备中的CPU上电后，首先执行Boot ROM中的引导程序；首次执行引导程序时，进入管理员模式，以后再次进入引导程序时，均进入用户模式；

在管理员模式下，向Flash系统区加载系统参数表，向Flash管理程序区加载Flash管理程序，向中断向量存放区加载Flash管理程序的中断向量；

在用户模式下，跳转到Boot ROM的指定地址Add1，执行该地址Add1上的语句，从而引导CPU的取值地址切换到Flash的预留地址处，从而实现BootROM到Flash的跳转，接着执行Flash预留地址处存储的语句，实现将执行地址跳转到Flash管理程序区，执行步骤3；

其中，预留地址设置在中断向量存放区内为中断向量预留的存储空间之后，预留地址的起始为Add1；

步骤3、进入Flash管理程序后，首先判断NVM_SIG标识是否为1，如果是，则执行步骤4，否则，执行步骤5；NVM_SIG标识保存在Flash系统区的系统参数表中，初始值为1；

步骤4、向用户应用程序区加载用户应用程序，将用户应用程序的中断向量暂存，当收到外部启用当前用户应用程序的指令时，将暂存的用户应用程序的中断向量加载到中断向量存放区中，然后将NVM_SIG标识置为0，下电；

步骤5、判断是否需要更新用户应用程序，如果不需要则转入用户应用程序区执行用户应用程序；如果需要更新，则将Flash管理程序的中断向量加载到中断向量存放区，然后将NVM_SIG标识置为1，下电。

优选地，在步骤2中，所述首次执行引导程序时，进入管理员模式，以后再次进入引导程序时，均进入用户模式的实现方式为：

设置TEST_SIG标志，该TEST_SIG标志保存在Flash系统区的系统参数表中，初始值为1；首次执行引导程序时判断TEST_SIG=1，则进入管理员模式，下载Flash管理程序后将TEST_SIG置为0；判断TEST_SIG=0时，则进入用户模式。

当判定TEST_SIG标志为1后，等待命令；如果接收到外部的测试代码，则运行测试代码，并返回运行结果，并继续等待命令；如果接收到外部的加载指令，则执行所述向Flash系统区加载系统参数表、Flash管理程序的中断向量和用户应用程序的中断向量，向Flash管理程序区加载Flash管理程序。

优选地，步骤4在向用户应用程序区加载用户应用程序之前，先进行用户应用程序区的读写测试，确定该用户应用程序区没有问题，再加载用户应用程序。

优选地，在步骤2中，向Flash系统区加载系统参数表时，进一步将Flash管理程序的中断向量备份在Flash系统区中；当需要向中断向量存放区加载Flash管理程序的中断向量时，从Flash系统区中获取Flash管理程序的中断向量。

有益效果：

采用Flash+ROM的方案，在ROM中固化少量必要的引导程序，在需要进行程序修改时，不需要重新定制掩膜版，节省费用。

附图说明

图1为Boot ROM和Flash共同构成Boot存储区的示意图。

图2为本发明引导程序的具体流程图。

图3为本发明Flash管理程序的流程图。

具体实施方式

本发明为了减少ROM资源使用量，并非将所有资源在流片时固化到BootROM中，而是将Bootlorder程序分成了三个部分，分别为引导程序代码、Flash管理程序和用户应用程序；其中只有引导程序代码固化到Boot ROM中，保证Boot ROM内仅保留最少量的必要固件资源；而其他大量内容，存放在Flash可擦写存储单元内。这样Boot ROM中只存放最基本最简单的程序。在需要进行程序修改时，不需要重新流片，大大降低了风险和成本。

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如图1所示，本发明采用Boot ROM和Flash共同构成设备的Boot存储区。其中，Flash内部具有Flash系统区（又称信息区）和数据区，这两个区域是分开编址的。本发明将数据区细分为中断向量存放区、Flash管理程序区和用户应用程序区。

该方法包括如下步骤：

步骤1、在流片阶段，通过掩膜的方式，向设备的Boot ROM中加载引导程序代码；

在用户模式下，跳转到Boot ROM的指定地址Add1，执行该地址Add1上的语句，从而引导CPU的取值地址切换到Flash的预留地址处，实现Boot ROM到Flash的跳转，接着执行Flash预留地址处存储的语句，实现将执行地址跳转到Flash管理程序区，执行步骤3。其中，预留地址设置在中断向量存放区内为中断向量预留的存储空间之后，预留地址的起始为Add1。

图2为本发明引导程序的具体流程图。

（1）、根据TEST_SIG标志位判断Boot ROM工作模式。

TEST_SIG标志位标识了Boot ROM处于管理员模式还是用户模式。该标志位在Flash系统区的系统参数表里，初始值为1，TEST_SIG标志位是受保护的，因此仅能在出厂前修改。Boot ROM第一次上电时，可以读到TEST_SIG=1，表示其默认状态是管理员模式，下载Flash管理程序完成后设置为用户模式（TEST_SIG=0），出厂之后无法修改，此后每次上电时，读到TEST_SIG=0，进入用户模式。

（2）、在管理员模式下，首先建立与外部的无线通信连接，例如可以按照ISO14443-3协议中表述的命令序列建立无线通信连接。通信连接建立之后，进入ISO14443-4协议中约定的数据链路层通信。该协议采用分组的方式在PCD和PICC之间传递APDU指令和反馈应答（Feedback）。

无线通信连接建立完成后，等待外部命令。如果外部发来测试代码，则运行测试代码，若测试通过，则反馈成功信息；若测试不通过，则反馈出错信息。如果外部发来加载指令，则向Flash加载数据，加载的内容包括：系统参数表（加载到Flash系统区）、Flash管理程序（加载到Flash管理程序区）、Flash管理程序的中断向量（加载到中断向量存放区）等。加载成功之后，修改TEST_SIG标志位=0，使Boot ROM下次启动进入用户模式。最后，向外部反馈测试完成结果，外部就认为该产品的操作已完成，转为操作下一产品。

（3）、在用户模式下执行如下操作：

①首先加载校准字（Trimming words）：从位于Flash系统区的系统参数表里将校准字读入相应寄存器中，用于改善诸如射频接口、电源等模拟单元的性能。

②跳转到Flash：修改相应SFR可以使CPU的取指地址由Boot ROM切换到Flash中，因此这里首先将CPU取值地址跳转到Boot ROM的0x006B地址，在这个地址上存放着修改MMU SFR的语句。语句执行之后，CPU的取值地址切换到Flash的0x006B之后、0x0072之前的某个地址上，从而实现Boot ROM到Flash的跳转。接着执行Flash跳转地址上存储的语句，实现将执行地址跳转到Flash管理程序区。

Flash的0x006B-0x0072处于中断向量存放区，但是该段地址为保留地址，专用于放置跳转到管理程序区的语句，不用于中断向量。这样，就可以引导CPU取值地址跳转到特定地址里去执行管理程序。

其中0x006B-0x0072是根据中断向量存放区的大小和所要存放的中断向量大小确定的，保留地址不能打断中断向量，因此可以放在中断向量存放区内为中断向量预留的存储空间之后。

为了实现跳转，在Boot ROM的0x006B处存放了跳转语句，由于CPU执行语句时是按照地址逐条执行的，通过SFR的修改，可以实现存储器跳转，但是地址不会跳动，Boot ROM存放跳转语句的位置需要与Flash上的保留地址向对应，例如本实施例中，保留地址为0x006B-0x0072，则放跳转语句的地址就为0x006B，否则会出现跳转和执行上的错误。

步骤3、进入Flash管理程序后，首先判断的是从Flash管理执行，还是从用户应用程序执行。

参见图3，通过判断NVM_SIG标志位可以决定接下来跳转地址的指向，NVM_SIG标识为1，则执行步骤4，否则，执行步骤5。这个标志位在Flash系统区的系统参数表里，在首次下载用户应用程序之前，NVM_SIG=1，在每次用户应用程序下载完成之后，修改NVM_SIG=0，如果希望更新用户应用程序，则将修改NVM_SIG=1，以便下一次上电时转到执行步骤4去再次下载用户应用程序。

步骤4、从外部接收用户应用程序及其中断向量，向用户应用程序区加载用户应用程序，将用户应用程序的中断向量暂存在XRAM中，当收到外部启用当前用户应用程序的指令时，将暂存的用户应用程序的中断向量加载到中断向量存放区中，然后将NVM_SIG标识置为0，下电。

其中，在向用户应用程序区加载用户应用程序之前，还可以先进行Flash用户应用程序区的读写测试，确定该区域没有问题，再加载用户应用程序。

步骤5、判断是否需要更新用户应用程序，如果不需要则转入用户应用程序区执行用户应用程序；如果需要更新，则将Flash管理程序的中断向量加载到Flash中断向量存放区，然后将NVM_SIG标识置为1，下电。这样，在下一次上电时，会转入步骤4重新下载用户应用程序。Flash管理程序和用户程序使用了相同的中断源（例如RFIF和Timer），但有不同的中断服务子程序及其入口地址，因此需要针对Flash管理程序和用户程序使用不同的中断向量表。

在本步骤中，将Flash管理程序的中断向量加载到Flash中断向量存放区时，可以从外部重新获取Flash管理程序的中断向量，也可以从Flash系统区中获取备份的Flash管理程序的中断向量。这就需要在步骤2向Flash系统区加载系统参数表时，进一步将Flash管理程序的中断向量备份在Flash系统区中，从而可以快速从内部加载信息，提高处理速度。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种使用少量ROM资源的Bootlorder实现方法，其特征在于，设备采用Boot ROM和Flash共同构成Boot存储区；其中，Flash内部具有Flash系统区和数据区，数据区又被细分为中断向量存放区、Flash管理程序区和用户应用程序区；

该方法包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤2中，所述首次执行引导程序时，进入管理员模式，以后再次进入引导程序时，均进入用户模式的实现方式为：

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当判定TEST_SIG标志为1后，等待命令；如果接收到外部的测试代码，则运行测试代码，并返回运行结果，并继续等待命令；如果接收到外部的加载指令，则执行所述向Flash系统区加载系统参数表、Flash管理程序的中断向量和用户应用程序的中断向量，向Flash管理程序区加载Flash管理程序。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4在向用户应用程序区加载用户应用程序之前，先进行用户应用程序区的读写测试，确定该用户应用程序区没有问题，再加载用户应用程序。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在Flash中，中断向量存放区地址为0000H~0080H，中断向量存放区内的预留地址为006B H~0072H，Add1=006B H。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤2中，向Flash系统区加载系统参数表时，进一步将Flash管理程序的中断向量备份在Flash系统区中；当需要向中断向量存放区加载Flash管理程序的中断向量时，从Flash系统区中获取Flash管理程序的中断向量。