详细阐述UCD3xxx 系列数字电源控制器烧写常用的两种十六进制文件格式：X0和Intel Hex

摘要后缀为X0 的文件是十六进制文件格式的一种，而Intel Hex 文件格式也是一种常用的十六进制文件格式。X0是TI 烧写软件和工具常用的文件格式，而Hex 文件是第三方烧写器常用的文件格式。编译器（如TI 集成开发环境CCS）编译C 语言或者汇编语言程序生成二进制机器代码，然后由机器代码生成X0 和Hex 这两种十六进制文件格式。本文首先介绍这两种文件格式，然后介绍如何在CCS 编译环境中产生这两种文件格式，最后结合UCD3xxx 系列数字电源控制器通过实例来进一步了解这两种文件格式。1 X0 和Hex 文件格式X0 和Hex 文件是由一行行符合对应文件格式的文本所构成的ASCII（American Standard Code for Information Interchange，美国信息互换标准代码）文本文件。在计算机中，所有的数据在存储和运算时都要使用二进制数表示，例如a、b、c、d 这样的52 个字母（包括大写），0、1 等数字，还有一些常用的符号（如*、#、@等）在计算机中存储时也要使用二进制数来表示。ASCII 码就是用来表示这些字母、数字以及符号的，它使用指定的7 位或8 位二进制数组合来表示128 或256 种可能的字符。而X0 和Hex 文件格式就利用ASCII 码来表示二进制信息。X0 格式的名称是“泰克扩展十六进制文件格式”（Tektronix Extended hexadecimal file format），具体格式参见图1。图 1：X0 文件格式X0 文件以百分号“%”为记录标志，表示一行的开始；记录长度指的是每一行除百分号外的字符数（不是字节数），占一个字节；记录类型占一个字符，共两种：6 － 代表数据，8－代表结束；校验是整个一行字符除（注意不是字节）除校验自身和百分号外的校验和，占一个字节；地址共9 个字符，第一个字符是8，指的是地址共占8 个字符，后面8 个字符（4 个字节）是数据所要加载的地址；数据就是程序代码或其它信息。以计算机常用的“Hello, Word!(加换行符)”为例，如果把它加载到地址0x006B，那么X0 文件如下表示：%2A6DE80000006B48656C6C6F2C20576F726C64210A%09819800000000Hex 文件格式有很多种，本文主要介绍“英特尔十六进制目标文件格式”（Intel Hexadecimal object file format），具体格式如图2 所示。图 2：Hex 文件格式Intel Hex 文件以冒号“:”为记录标志，表示新的一行的开始；记录长度占一个字节，指的是每一行所包含实际数据或信息的字节数；加载偏置占两个字节，是相对地址（加载偏置加上扩展线性地址就是绝对地址）；记录类型共有6 中，分别为：0 － 数据记录，1 － 文件记录结束，2 － 扩展段地址记录，3 －起始段地址记录，4 － 扩展线性地址记录，5 － 起始线性地址记录；每一行记录的数据部分都是可变的，最多可以有255 个字节，也可能没有，取决于所记录的类型。最后一个是校验，它是除冒号和校验自身的校验和，具体做法是每个字节累加，然后取计算结果最后一个字节补码（取反加1）作为校验字节。还是以“Hello, Word! (加换行符)”为例，把它加载到地址0x0000，Hex 文件如下：:0F00000048656C6C6F2C20576F726C64210A7E:00000001FF2 UCD3xxx 存储结构图 3：UCD3xxx 存储结构介绍如何生成X0 和Hex 文件以前，需要先了解一下UCD3xxx 系列数字控制器存储结构，如图3 所示。UCD3xxx 三种模式：复位模式、ROM 模式以及Flash 模式。这三种状态对应的存储映射是不一样的。复位模式下，所有内存都映射为ROM；ROM 模式下，程序闪存（Program Flash）被映射在0x10000至0x17FFF，数据闪存（Data Flash）是从0x18800 至0x18FFF，随机存取存储（RAM）放在0x19000 至 0x19FFF；Flash 模式下，数据和随机存取位置不变，程序闪存位置被重新映射到0 至0x7FFF。程序闪存最后4 个字节是保存整个程序闪存的校验和。UCD3xxx 起机过程是：上电开始进入复位模式；上电完成后进入ROM模式，此时芯片会自动跳转到0xA000 执行。在0xA000 至0xAFFF 这一段地址内，固化了一段ROM 程序，这段程序除了做一些芯片自身的初始化外，它还会计算程序闪存的校验和，然后和程序闪存最后4 个字节保存的校验和对比，如果不一致，此时程序会停下来，等待主机命令。如果对比结果一致，那么芯片就会进入Flash 模式，ROM 程序会执行跳转指令进入程序闪存中运行。3 如何在CCS 集成开发环境下生成X0 和Hex 文件图 4：CCS 编译器编译选项设置X0 和Hex 文件的生成离不开格式转换程序：Hex470.exe 和 FusionX0ToHex.exe。Hex470.exe 是汇编语言工具包里面自带的程序。FusionX0ToHex.exe 是TI 数字电源设计（Fusion Digital Power Designer）图形用户界面（GUI）所带的转换程序。Hex470.exe 和 FusionX0ToHex.exe 可以用命令行来调用，下面分别介绍各自的命令格式。Hex470.exe 的命令行格式为：Hex470 [选项] 文件名，hex470 是调用转换程序的命令，选项是控制转换过程的附加信息（具体信息可参考文献2），文件名是指输入文件的名称。Hex470 可以把CCS 编译生成的后缀为Out 的文件转换成各种格式的Hex 文件，如：Hex470 –i sample.out这段命令是把生成的sample.out 文件转换成Intel Hex 格式文件，文件名称为sample.hex；Hex470 –x sample.out这段命令是把生成的的sample.out 文件转换成X0 格式文件，文件名称sample.x0。既然Hex470 可以直接把Out 文件转换成Hex 文件，那为什么要先转成X0 再转换成Hex 文件呢？有两个原因：Hex470 不会计算程序闪存的校验和；Hex470 生成的Hex 文件地址是基于程序闪存模式，而烧写器需要的地址是ROM模式，也就是从0x10000 至0x17FFF，所以UCD3xxx 不支持Hex470 直接生成的Hex 文件，需要通过FusionX0ToHex.exe 转换程序把X0 文件转换成Hex 格式文件，具体命令格式是：FusionX0ToHex--infile x0-file --format intel|srec|hexdump --pflash-checksum calc|none|source --export pflash|dflash|both|source --outfile hex-file--infile 主要指定输入X0 文件。--format 主要指定生成哪种Hex 格式，分别为intel、srec（Motorola S-Record）和hexdump。--pflash-checksum 主要指定程序闪存的校验模式，calc 模式－基于X0 文件计算校验位并写入相应位置；none 模式－校验位默认为0xFFFFFFFF；source 模式是使用X0 自己的校验位。--export 指定输出哪一部分存储，pflash 指只输出程序闪存部分。dflash 指输出数据闪存部分。both 是输出程序和数据闪存。无论哪一部分，如果X0 文件中没有就用0xFF 填充。source 是直接把X0 输出。--outfile 是指定输出Hex 文件名称。下面就介绍一下如何在CCS 编译环境中嵌入hex470 和FusionX0ToHex 命令行。在CCS（3.x 版本）编译环境中，进入工程（Project）菜单，然后选择编译选项（Build Options），然后点击通用标签（General），就会出现如图4 所示界面。在最后编译步骤（Final build steps）中，我们可以输入下面两条命令行：hex470 -x -memwidth 8 .debugFB_48V_HS.outFusionX0ToHex --infile FB_48V_HS.x0 --pflash-checksum calc --export both --format intel –outfile FB_48V_HS.hex第一条命令中：-x 选项就是指把.debugFB_48V_HS.out 转换成X0 文件，-memwidth 8 是定义系统存储字宽为8 位。图 5：生成的X0 文件（UCD3xxx）图 6：生成的Hex 文件（UCD3xxx）第二条命令中：输入待转文件是FB_48V_HS.x0，输出文件是FB_48V_HS.hex，计算程序闪存的校验位，同时输出程序和数据闪存内容，格式是intel 十六进制。4 基于UCD3xxx 进一步了解X0 和Hex 文件格式为了进一步了解X0 和Hex 格式，下面通过UCD3xxx 硬开关全桥评估板软件来看一下具体生成的X0和Hex 文件，如图5 和图6 所示。图5 的第一列统一是百分号开始；下面两列（一个字节）表示的是每一行除百分号外的字符长度，每行最多字符数是0x4E（78）；然后一列表示后面数据类型，除最后一行是8（结束）外，其它都是6（数据）；再有两列是整行的校验；地址占9 列，以8 开始，后面4 个字节代表实际地址；地址后面就都是数据了。从图中可以看出，X0 文件的程序闪存的地址都是从0 开始的，而且也没有整个程序闪存的校验。TI 烧写软件和工具主要使用X0 格式的文件，烧写软件自己会计算程序闪存的校验和，然后写到最后4 个字节，所以X0 不需要计算整个程序闪存的校验和。图6 的第一列都是冒号；后面依次一个字节指的是整行所含数据的字节数；两个字节是偏置地址；一个字节是指的记录类型；然后是字节数不等的数据。最后一个字节是每一行的校验。图6 的第一行指定扩展地址，为0x0001；最后一行标志文件结束。另外，在程序闪存最后4 个字节（粉红色区域）就是整个程序闪存的校验和。如果这个校验和不对，程序就不会跳到程序闪存中执行。5 小结如果使用TI 提供的烧写软件（GUI）和工具（USB 适配器）烧写的话，只需要格式为X0 的文件；如果使用第三方烧写器在生产线烧写，那么就会需要Hex 格式文件。可以根据本文的介绍来生成所需的X0或者Hex 文件。6 参考资料1． SLUS868D - Digital Power Controllers, Texas Instruments Inc., 20122． SPNU118J - ARM Assembly Language Tools v4.9 User's Guide, Texas Instruments Inc., 20113． SRecord V1.59- Manipulate EPROM load files, 20124． Fusion Digital Power Designer, Texas Instruments Inc., 2012

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