MCU双镜像机制的工作原理和应用实例

一. 背 景

嵌入式设备升级过程中会由于断电、强行中断等外部因素，导致新固件写入Flash时不能完整写入，使系统启动时出现问题。或设备运行中，镜像文件被意外损坏，导致系统瘫痪，设备无法运行。面对以上问题，可以使用双镜像机制（dual image），它保证至少有一个镜像文件是可以启动，并且在任何时候都能正常工作。如果发生意外，引导加载程序检测并使用备用的镜像文件。

二. 原 理

LPC5536 ROM支持内部Flash的双镜像引导（也支持FlexSPI外部Flash，原理相同），即在Flash可以放置两个引导镜像，ROM根据镜像文件版本号决定启动哪个镜像，首先启动最新版本号的镜像，如果失败，则启动旧镜像文件。

通电启动时，ROM首先检测CMPA中关于重定位镜像文件的位置和大小，然后检测两个镜像的版本号，所以在使用双镜像机制时，主要对镜像文件重定位和版本号进行配置。

ROM从内部Flash启动双镜像文件流程图如下：

2.1 镜像文件重定位

LPC5536内部Flash支持重映射，当设置重映射偏移量后，Flash AHB 总线将访问偏移后的地址。例如，当偏移量设置为128K(0x20000)，对0x0的访问将被重新映射到地址0x20000。通过这个特性，ROM可以实现双镜像引导。下面是一个关于内部Flash存放两个镜像文件的简图。

第二个镜像的偏移量和重映射大小由用户在CMPA区域设置，让ROM知道第二个镜像的位置。

2.2 配置镜像的版本

在头文件偏移量为0x24处设置镜像版本号，如下表格所示，第16位-31位设置镜像文件版本号，第10位表示镜像文件是否存在版本号，使用双镜像机制时，此位设置为1.

三. 应 用

3.1 配置CMPA

配置CMPA中数据值

修改cmpa.bin文件，通过blhost把修改后的bin文件写入CMPA，以配置image1偏移量和重映射大小，流程如下：

a. 打开一个全0的cmpa.bin，修改0x3E23C处数据为0x20000，高位在右低位在左,如下：

b. 修改重映射大小。地址0x3E238处修改为0x1d800,如下:

c. 保存并重命名为cmpa_new.bin,另存为lhost_2.6.7lhost_2.6.7inwin

3.2 烧写cmpa_new.bin

借助blhsot 工具烧写，blhost 2.6.7是一个命令行调试工具，界面如下：

测试blhost与开发板通信是否正常：

首先，从设备管理器查看开发板与电脑连接端口号

其次，开发板J43上使用跳线帽连接3和4，使能ISP启动;

然后，按下复位键，输入连接测试命令blhost -pcom12 -- get-property 1

判断是否正常通信,如连接成功会提示信息：

写入修改好的bin文件数据到CMPA

通过使用blhost -pcom12 -- write-memory 0x3e200 cmpa_new.bin命令，写入CMPA：

为确保正确写入，查看设置之后CMPA数据

通过命令blhost -pcom12 -- read-memory 0x3e200 512查看设置后的CMPA数据：

3.2 双镜像版本设置

根据实验效果，Image0的功能是LPC5536-evk开发板上红灯闪烁，Image1功能是绿灯闪烁。

Image0 设置版本号为1，Image1 设置版本号为2：

打开红灯闪烁的工程，修改头文件偏移量0x24处为0x10400

打开绿灯闪烁的工程，修改头文件偏移量0x24处为0x20400

3.3 分配Flash

LPC5536JBD100用户可用的内部Flash共246K，所以Image0 分配到0x0-0x1FFFF地址范围内，Image1分配到0x20000-0x3D7FF地址范围内。如果使用MCUXpresso ID,设置如下：

工程->右键属性->MCU settings，设置起始地址和大小，完成后点击应用按钮。

红灯闪烁工程：

绿灯闪烁工程：

重现编译工程。

3.4 功能测试

测试程序为两个点灯程序，分别为红灯闪烁和绿灯闪烁程序，红灯闪烁为image0，版本号1，绿灯闪烁为image0，版本号2，所以测试结果如果绿灯闪烁，则成功。

下载程序

使用IDE中GUI Flash Tool，分别下载两个镜像文件到开发板中：

在“File to program”中选择烧写的文件，点击run按钮后，程序会下载到Flash：

下载完成后，点击确定：

同样的方式下载另外一个程序，注意在烧写第二个程序时，不能勾选“masserase”,如果使用其它工具烧写，也应关闭和”masserase”相同功能的选项，避免擦除第一个镜像文件。

测试结果

下载程序后，复位，绿灯闪烁。

升级测试：将红灯闪烁工程版本号修改为3，即修改0x10400为0x30400,重新烧写镜像文件，应该会看到红灯闪烁。

四. 总结

双镜像机制为嵌入式设备的升级和启动增加保险，应用过程中需要注意在CMPA区域设置镜像偏移量、重映射大小和配置镜像版本的方式，同时也需要注意两个工程中Flash配置。

审核编辑：汤梓红