请问如何让超级下载算法在不同Cortex-M内核下也能跑？

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杨平

2022-1-26 10:02:43

本篇是开发笔记第一篇，咱们重点聊聊这个项目的立身之本，即如何做到一个.FLM(其实就是最终的可执行机器码)能在所有i.MXRT芯片下均能正常运行。
一、从嵌入式程序角度看i.MXRT家族差异

因为超级下载算法要运行于所有i.MXRT型号下，首先我们得知道i.MXRT家族一共有哪些型号、这些不同型号间差异是什么，哪些差异是影响超级下载算法的主要因素。
下表是当前i.MXRT家族已面世的全部9款型号(注:部分型号下不止一款芯片，但仅是内部外设数量差别)：

虽然从芯片本身角度去细看差异会比较多，但我们可以从一个嵌入式程序最根本的三大要素（指令、外设操作、链接空间）来逐一定向分析：
从上表我们可以看出i.MXRT都是基于ARM Cortex-M内核的，这其实是整个项目立项最重要的基础，它们的指令集一脉相承。不过虽然都是Cortex-M内核，但是涉及到三个内核处理器版本（M4、M7、M33），因此设计超级下载算法时第一要考虑的就是处理器版本差异。
再从外设角度来看，超级下载算法代码可能涉及操作芯片内部的Clock（时钟）、IOMUXC（引脚）、FlexSPI（Flash控制器）等外设，这些外设会有差异，但并不重要，我们可以为不同i.MXRT型号引入不同代码处理分支。
最后从链接空间来看，超级下载算法是要加载到内部RAM去执行的，这些i.MXRT内部RAM大小不一，并且在系统映射地址空间中的地址也略有不同，但也不重要，如果你看过痞子衡之前写的文章《串行NOR Flash下载算法(Keil MDK工具篇) 》，你应该知道下载算法代码都是位置无关链接，其加载地址可以不固定（由配套xml文件或IDE工程设置中额外指定），因此RAM的差异也不重要。
二、解决Cortex-M处理器不同版本指令差异

经过上一节的分析，我们知道解决超级下载算法在i.MXRT全系列下运行最重要的问题就是处理不同Cortex-M内核指令差异。
在解决指令差异问题前，有一个重要问题痞子衡不得不澄清，那就是不同Cortex-M芯片其中断向量表序列定义并不同，前16个是系统向量，这是由ARM规定的，但后面的中断向量均是由厂商自定义的。不同芯片型号下，同一类型外设分配的向量号并不一定相同，因此对于一些异构双核下跑的嵌入式程序，需要处理中断向量表差异。但是这对于下载算法来说，不是个问题，因为下载算法不是一般的嵌入式程序，其不含中断向量表，这意味着下载算法中没有使用中断响应函数，不能开启外设中断（这是位置无关链接导致的）。
好，我们现在来解决指令差异问题。查看ARM官方资料得知，Cortex-M家族共有10款处理器（M0、M0+、M1、M3、M23、M4、M33、M35P、M7、M55），分属四个架构规范(ARMv6-M、ARMv7-M、ARMv8-M、ARMv8.1-M)，架构主要和指令集息息相关。

再来看两张Cortex-M指令集关系图，从图里我们可以看出Cortex-M0/M0+/M1处理器基于ARMv6-M架构，这是一个只支持56条指令的小指令集（蓝色粗框标出），所有Cortex-M处理器都支持这个56条指令的指令集。

看到这你是不是有所领悟？ARM公司其实为了能让Cortex-M用户的软件能重用，特地在设计Cortex-M处理器时为其赋予了处理器向下兼容、软件二进制向上兼容特性。通俗地说就是在较低版本Cortex-M处理器上编译出来的机器码可以在较高版本Cortex-M处理器上直接执行。
因此为了实现超级下载算法在i.MXRT全系列上(M4、M7、M33)运行，我们只需要做一件事，那就是编译生成算法文件的源MDK工程设置里选择Cortex-M0处理器就行，是不是超级简单？如果你下载了CMSIS_5包，里面的下载算法模板工程默认处理器就是ARMCM0，这并不只是个偶然！

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