痞子衡嵌入式：一次利用IAR自帶CRC完整性校驗功能的實踐(為KBOOT加BCA)

2020 年 11 月 27 日
筆記
B1.嵌入式基礎

　　大家好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家分享的是利用IAR自帶CRC完整性校驗功能的一次實踐(為KBOOT加BCA)。

　　痞子衡之前寫過兩篇關於IAR中自帶CRC校驗功能的文章《在IAR開發環境下為工程開啟CRC完整性校驗功能的方法》、《探析開啟CRC完整性校驗的IAR工程生成.out和.bin文件先後順序》，算是把這個功能細節介紹得比較清楚了，但是俗話說得好，理論懂得再多，不能用於實踐那等於沒學。今天痞子衡就利用這個功能來解決一個實際需求：

一、KBOOT中BCA填入CRC校驗需求

　　說起這個需求，記得那是2014年的第一場雪，那時候痞子衡正在飛思卡爾軟體組參與Kinetis Bootloader項目（簡稱KBOOT）的研發，痞子衡為這個項目寫過一些文章，詳見《飛思卡爾Kinetis系列MCU開發那些事》里的啟動篇系列，Kinetis是飛思卡爾當時主推的Cortex-M微控制器，KBOOT就是為Kinetis設計的全功能Bootloader，這可能是嵌入式世界裡第一個精心設計的通用架構Bootloader。這個Bootloader包含一個用戶配置功能（BCA），簡單說就是在用戶Application的偏移0x3c0 – 0x3ff這16個word存放一些Bootloader配置，當Bootloader運行時會先嘗試從Application區域讀出這16個word，獲取用戶配置（超時時間、外設類型、id、速度選項等），然後根據用戶配置再去啟動或升級用戶Application。

　　CRC完整性校驗功能佔據了BCA里的12個byte，是一個很重要的Bootloader特性，其完整功能詳見《KBOOT特性(完整性檢測)》，今天痞子衡要說的需求就是直接在Application工程編譯時生成包含正確CRC相關參數的BCA，而不是像以前那樣在最終binary文件里二次編輯添加。

　　我們以MK64FN1M這顆晶片為例，下載它的軟體包，軟體包里有KBOOT及其示例Application，找到 \SDK_2.8.2_FRDM-K64F\boards\frdmk64f\bootloader_examples\demo_apps\led_demo_freedom_a000\iar 下的Application工程，工程源文件 startup_MK64F12.s 里定義了__bootloaderConfigurationArea，但是CRC區域是全0xFF（即沒有使能），編譯生成的bin文件里CRC區域也是全0xFF，我們要做的就是填入正確的CRC。

二、開始動手實踐

2.1 確定匹配的CRC演算法參數設置

　　在KBOOT用戶手冊里可以找到其CRC具體演算法，它使用的是比較主流的CRC32-MPEG2分支，具體參數如下表所示：

　　為了方便核對結果，痞子衡找了一個在線CRC計算的網站，利用這個網站，設置與KBOOT一致的CRC參數（下圖紅色框內），然後我們選取led_demo_freedom_a000.bin的前16個位元組（下圖藍色框內）作為測試數據輸入，點擊Calculate CRC按鈕生成結果0x8D96BDF0（下圖紫色框內）。

在線網站： //www.sunshine2k.de/coding/javascript/crc/crc_js.html

　　我們現在回到led_demo_freedom_a000工程，在Linker/Checksum下，使能CRC功能，為了與上述測試一致，CRC計算範圍設為 0xa000 – 0xa00f（因為程式起始鏈接地址是0xa000，所以也就是最終.bin里的前16個位元組）。查閱IAR development手冊，做了如下CRC演算法參數設置，編譯工程得到結果也是0x8D96BDF0，因此CRC設置是匹配的。

2.2 填充BCA的首次嘗試

　　確認了CRC設置，現在就是修改源程式碼了，在BCA的CRC區域里將初始的0xFF值全部更換為真實的CRC設置值__checksum、__checksum_begin、__checksum_end，程式碼簡單修改如下。重編工程後查看.bin文件，發現起止範圍兩個參數是對的，但是CRC校驗值並不對，填成了0x0000a7fc，查看map文件得知這是__checksum的鏈接地址，並不是__checksum的值。想想也是，CRC校驗值是鏈接生成bin後才計算的，但源文件是在鏈接前編譯的，不可能在編譯時得到鏈接後的結果。

2.3 填充BCA的最終方案

　　首次嘗試失敗，事情遠沒有想像得那麼簡單，我們需要在工程鏈接文件上動心思，要直接把__checksum鏈接到BCA里的具體偏移位置。因此startup_MK64F12.s 里__bootloaderConfigurationArea從crcExpectedValue及其之後全部去掉，並且__FlashConfig也實際不需要（僅對於鏈接在0地址才有效，這是Kinetis特性）。

　　然後我們需要重新在main.c里定義一個bca常量數組，把除crcExpectedValue之外缺失的BCA數據全部放進去。

const uint32_t bca[16] @ ".bca_left" = {0x1388ffff, 0xffffffff, 0xffffffff, 0xffffffff,
                                        0xffffffff, 0xffffffff, 0xffffffff, 0xffffffff,
                                        0xffffffff, 0xffffffff, 0xffffffff, 0xffffffff,
                                        0xffffffff, 0xffffffff, 0xffffffff, 0xffffffff};

　　最後我們需要修改鏈接文件MK64FN1M0xxx12_application_0xA000.icf如下：

//place at address mem:__ICFEDIT_intvec_start__ { readonly section .intvec, readonly section .noinit };
//place in FLASH_region { block ApplicationFlash };
place at address mem:__ICFEDIT_intvec_start__ { readonly section .intvec };
place at address mem:0xa3cc { ro section .checksum };
place at address mem:0xa3d0 { ro section .bca_left };
place in FLASH_region { readonly section .noinit, block ApplicationFlash };

　　經過這麼一番操作，讓我們重新編譯工程再看bin里結果，哈哈，這次BCA果然是正確的CRC校驗值了（這次值是0xf62ce2b6，發生了變化，因為源程式碼的改動，bin前16個位元組內容也相應變化了），大功告成。底下的事情就簡單了，在CRC設置介面里調整想要的CRC計算範圍即可。

　　至此，利用IAR自帶CRC完整性校驗功能的一次實踐(為KBOOT加BCA)痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裡~~~

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