6.12. USB 升级模式

USB 升级功能通过实现基于 USB Bulk 传输的自定义设备来完成的，设备端与主机端通过自定义的 USB 升级协议进行通信。

完整的固件升级流程分为两个阶段，第一个阶段为 BROM 阶段，此阶段主要目的是完成系统运行环境的初始化， 包括初始化 DDR，下载并运行下一级升级程序；第二阶段为 U-Boot 阶段，此阶段实现固件下载和烧录等功能。 这里讨论 BROM 阶段的功能和实现。

6.12.1. 自定义设备

端点（End Point）是设备与主机之间进行数据传输的逻辑接口。自定义的 USB Bulk 传输设备包含下面几个端点：

  1. EP0

  2. EP Bulk-in

  3. EP Bulk-out

EP0 是一个控制端点，数据传输为双向传输，用于对设备进行枚举和基本的控制。在设备完成配置之前， 只有 EP0 端点可用，主机通过 EP0 来发送命令，获取设备的信息，并通过它来配置设备。 EP0 端点没有专门的描述符，只需要在设备描述符中定义它的最大包长度。

EP Bulk-in端点，用来从设备端传输数据和状态给主机端，对设备端而言，是一个数据发送端点。该端点采用 Bulk 传输模式。

EP Bulk-out端点，用来从主机端传输命令和数据给设备端，对设备端而言，是一个数据接收端点。该端点使用 Bulk 传输模式。

初始化过程中，设备需要提供下列描述符。

  • 设备描述符（Device Descriptor）

    ../../_images/usb_device_desc.png

    其中 idVendor 和 idProduct 是必须的。Vendor ID 需要向 USB-IF 购买，Product ID 由厂商自定义。

    AIC 购买的 Vendor ID 为 0x33C3，USB 升级所用的 Product ID 为 0x6677（”fw” 的ASCII 码值，表示用于 firmware upgrade）。

  • 配置描述符（Configuration Descriptor）

    ../../_images/usb_config_desc.png

    bNumInterfaces 设置为1，仅支持一个 Bulk-Only 接口。bmAttributes 设置为0x80。

  • 接口描述符（Interface Descriptor）

    ../../_images/usb_interface_desc.png

    bNumEndpoints 设置为0，包含Bulk-in, Bulk-out 两个端点。 bInterfaceClass，bInterfaceSubClass 和 bInterfaceProtocol 设置为 0xff ，表示自定义类型。

  • Bulk-in 端点描述符（Bulk-in Endpoint Descriptor）

    ../../_images/usb_bulk_in_endpoint.png

  • Bulk-out 端点描述符（Bulk-out Endpoint Descriptor）

    ../../_images/usb_bulk_out_endpoint.png

具体的细节可以参考《Universal Serial Bus Mass Storage Class Bulk-Only Transfer》。

6.12.2. 数据通信

BROM 阶段的 USB 设备所支持的命令列表如下。

命令

值

功能

GET_HWINFO

0x00

获取硬件相关信息

GET_TRACEINFO

0x01

获取 BROM 的一些调试跟踪信息，AIC内部命令

WRITE

0x02

写数据到 CPU 可访问的地址空间

READ

0x03

从 CPU 可访问的地址空间读取数据

EXEC

0x04

指定位置开始运行程序

JTAG_UNLOCK

0x06

解锁 JTAG

BOOT_CONTINUE

0x07

跳出 USB 升级模式的循环，重新从存储设备启动

SET_FWC_META

0x10

发送固件组件(Firmware Component)的描述信息

GET_BLOCK_SIZE

0x11

获取传输的数据块大小，发送的有效数据须以该块大小为单位

SEND_FWC_DATA

0x12

发送固件组件数据

GET_FWC_CRC

0x13

获取设备端对所接收数据计算的CRC值，以确认传输是否出错

GET_FWC_BURN_RESULT

0x14

获取组件烧录后，设备端的校验结果

GET_FWC_RUN_RESULT

0x15

获取组件在运行之后的返回结果

6.12.3. 升级流程

在进行固件升级的流程中，BROM 阶段需要完成几个任务：

  1. 下载 SPL 并且执行，完成 DDR 的初始化

  2. 下载 U-Boot 环境变量到指定位置

  3. 下载用于升级的 U-Boot 程序，并且执行，进入 U-Boot 阶段

对于升级而言，上述每一个部分都是升级固件的组件。制作升级固件时，每一个组件都有一个对应的组件描述信息。 利用这些信息，通过流程的抽象，上述的任务可被一个统一的流程进行处理。

具体的组件处理流程：

  1. SET_FWC_META

    工具将对应的组件描述信息发送给设备端。设备端的升级程序依据描述信息，准备接收数据。

  2. GET_BLOCK_SIZE

    工具获取本次组件传输的数据块大小。发送组件数据的时候，以这个块大小为单位进行发送。

  3. SEND_FWC_DATA

    工具发送组件的数据给设备端。设备端在接收数据的同时，对接收到的数据进行 CRC 校验。 接收完成之后，依据前面接收的组件描述信息，对数据进行具体的操作。在 BROM 阶段， 如果组件是一个可执行程序，则在接收完成之后，运行组件。

  4. GET_FWC_CRC

    工具获取设备端所计算的 CRC 校验值，用来判断组件的传输是否正确。

  5. GET_FWC_BURN_RESULT

    工具获取设备端对组件数据的烧录是否正确。这是统一流程的一个步骤，BROM 不支持烧录组件，因此直接回复成功。

  6. GET_FWC_RUN_RESULT

    工具获取组件运行的返回值。对于可执行组件，则将组件运行返回值传给工具端； 对于不可置信组件，则统一返回0.

进行固件升级的时候，主机从固件包中顺序读取上述组件，按照流程逐个组件发送给设备端，即可完成 BROM 阶段的几个任务。

6.12.4. 调试功能

BROM 阶段的升级协议提供了几个用于调试的命令。

  1. WRITE

  2. READ

  3. EXEC

这几个命令可以用于 IC 验证等调试场景，可以完成诸如读写内存，读写寄存器，以及下载一段程序并执行等操作。