引导加载程序是内置到MSP低功耗微控制器中的应用

作者：TI工程师Stanford Li

引导加载程序 (BSL) 是内置到 MSP 低功耗微控制器 (MCU) 中的应用。借助该应用，用户可以与 MCU 通信，以便从其存储器中读取数据或向其中写入数据。该功能主要用于在原型设计、最终生产和服务期间对器件进行编程。可以根据需要修改可编程存储器（闪存或 FRAM）和数据存储器 (RAM)。不同的 BSL 可提供与之通信的不同外设，例如 UART、I2C、SPI 或 USB。本文将对MSP430 FR2xx系列MCU与MSP432 P系列MCU的BSL进行总结性对比。

1   MSP BSL总览

图1为MSP430 FR2xx_4xx系列MCU与MSP432 P系列BSL的总览。本文将以最新的FRAM系列MCU MSP430FR235x/215x与MSP432P401R为例，对这两款MCU的BSL进行比较。

2   MSP430FR2xx与MSP432 P系列BSL比较

2.1   BSL 通用功能

2.1.1 BSL memory

对于MSP430FR235x/215x，其BSL代码的memory存在于ROM中，大小为3kB，前2kB的地址区间为0x1000 - 0x17FF，后1kB地址区间为0xFFC00 - 0xFFFFF。因为该代码存在于ROM中，所以用户不能修改。对于MSP432P401R，其BSL代码的memory存在于Flash中，大小为8kB，地址区间为0x00202000 - 0x00203FFF。

对于MSP430FR235x/215x，如果要实现定制化的BSL，则需要占用FRAM中的部分资源来实现，MSP430FR2xxx的客制化BSL源代码及工程文件见：MSP430FRBoot  1_01_00_00。MSP32的BSL代码的起始地址可以通过Flash Mailbox中的BSL Start Address寄存器修改，见图2。Flash中的代码内容也是用户可以自定义修改的，MSP432P401R的BSL源代码及工程文件见：MSPBSL_CustomBSL432  1_01_00_00。

2.1.2 BSL 配置

对于MSP432P401R，其BSL外设默认端口引脚可以通过TLV进行配置，具体配置数据如图3，

同时，MSP432P401R支持用户自定义配置，如BSL功能使能，I2C slave address及BSL invocation引脚及状态配置等，具体配置见图4。这些自定义配置通过Boot override flash mailbox实现。

2.1.3 BSL串行接口

对于MSP430FR235x/215x，BSL串行接口支持UART和I2C接口，对于MSP432P401R，其不仅支持UART和I2C接口，还支持SPI接口。

2.2 BSL协议

MSP430FR235x/215x和MSP432P401R使用的都是“5xx, 6xx”系列的协议，它们的command基本是相同的，BSL数据包格式如图5，详细数据包格式见BSL用户手册。需要注意的是，由于MSP432P401R的flash更大，其具有32bit的寻址空间，所以它还具有32位地址操作的BSL协议指令。另外，MSP430FR235x/215x的mass erase命令是不需要BSL密码的，而MSP432P401R的mass erase，Sector erase命令都受BSL密码保护。

2.3 BSL进入方式

MSP430FR235x/215x和MSP432P401R BSL均有3中进入方式：1、空片自动进入BSL；2、软件调用；3、硬件时序进入。

2.3.1 空片入口

指复位向量为全F时（MSP430FR235x/215x为0xFFFF，MSP432P401R为0xFFFFFFFF），BSL会被Bootcode自动唤醒。复位向量放置的是用户程序的首地址，如果复位向量为全F，则该芯片没有用户程序。Bootcode在执行过程中通过检测复位向量中的内容确定该芯片是否为空片，如果为空片，则唤醒BSL。该功能可用于产品量产时，对芯片批量快速烧写。

2.3.2 软件调用

对于MSP430FR235x/215x，其BSL程序的入口地址为0x1000，将PC指针指向0x1000即可唤醒BSL。例程代码如下：

__disable_interrupt(); // disable interrupts

((void (*)())0x1000)(); // jump to BSL

对于FRAM系列的MCU，这里有3点额外的注意事项：1、唤醒BSL前需要禁用总中断；2、由于FRAM最高支持8MHz的时钟频率，在唤醒BSL前需要将MCLK的频率设定为小于等于8MHz；3、BSL默认使用的定时器Timer模块如果在应用程序中被调用，且没有复位就进入BSL唤醒程序，这样就会影响BSL程序的执行，所以需要在BSL唤醒前对该Timer进行复位。

对于MSP432P401R，其BSL程序的入口地址默认为0x00202000，同时其入口函数支持参数配置。需要注意的是，MSP432调用BSL程序前，也需要禁用总中断。例程代码如下：

#define BSL_PARAM 0xFC48FFFF // I2C slave address = 0x48, Interface selection = Auto

#define BSL_API_TABLE_ADDR 0x00202000 // Address of BSL API table

#define BSL_ENTRY_FUNCTION (*((uint32_t *)BSL_API_TABLE_ADDR))

MAP_Interrupt_disableMaster();

NVIC->ICER[0] = 0xFFFF;

NVIC->ICPR[0] = 0xFFFF;

NVIC->ICER[1] = 0xFFFF;

NVIC->ICPR[1] = 0xFFFF;

((void (*)())BSL_ENTRY_FUNCTION)((uint32_t)BSL_PARAM); // Call the BSL with given BSL parameters

2.3.3硬件时序进入

对于MSP430FR235x/215x，其通过RESET和TEST脚的固定时序唤醒BSL，如图6。

对于MSP432P401R，其可以通过启动阶段用户指定的IO的电平状态来唤醒BSL。需要用户提前对mailbox进行配置。以P1.0脚高电平唤醒为例，其时序图如图7。

2.4 BSL工具支持

2.4.1硬件工具

BSL的官方硬件工具有MSP-BSL ‘Rocket’和MSP-FET，其主要是给MSP430FR235x/215x在非空片状态下提供RST脚和TEST脚的硬件时序，来唤醒BSL。对于空片BSL唤醒，软件BSL唤醒及MSP432的硬件输入顺序唤醒来说，其只需要一个UART就可以实现BSL下载。

2.4.2 软件工具

BSL的官方软件工具为BSL Scripter，其将用户的命令及TXT格式的用户代码按照BSL协议的封包格式通过串行接口发送给芯片，或者将芯片中memory中的数据读回。脚本文件中通过指令MODE FRxx或者MODE P4xx区分MSP430 FRAM系列或者MSP432系列的MCU，其余命令部分可以通用。

2.5 BSL安全性

2.5.1 BSL密码

对于MSP430FR235x/215x，其提供32 Bytes的BSL密码保护，即当BSL密码正确时，才会执行密码保护的BSL命令。密码所在地址为FRAM中0xFFE0到0xFFFF的地址，该地址区域也是硬件中断的地址区域。一般情况下，编译器会将中断服务程序的首地址存放在中断向量表中，而没有用到的中断向量，编译器一般也会自动映射到硬件错误函数。所以，用户在手动修改BSL密码时，需要注意不能修改程序中已经使用到的中断向量地址中的内容。

对于MSP432P401R，其提供256 Bytes的BSL密码保护，密码所在地址为Flash中0x00到0x40的地址，该地址默认也是中断向量的地址。用户在手动修改时也需要注意和MSP430同样的问题。

2.5.2 密码错误时执行Mass erase

MSP430和MSP432均具有当BSL密码错误时执行Mass erase的功能。该功能增加了用户调试的方便性，只需要发送一次错误密码，就能够让芯片自动擦除memory，下次执行BSL命令只需要发送默认密码（全F）即可。

在MSP430 FRAM系列MCU中，该功能的使能和禁用通过BSL signature配置，FRAM中地址区间为FF84h - FF87h。当数据为全5时，BSL功能被禁用；当为全A时，BSL受密码保护，密码错误时的Mass erase功能被禁用，用户在量产时可以使能该功能；当为其他的值时，密码错误时的Mass erase功能被使能。

MSP432中，该功能是由BSL代码实现的，如果要禁用该功能，需要用户修改BSL源代码。另外补充一点，MSP432 BSL支持payload加密功能。

审核编辑：何安