基于片外SPI Flash的OTP烧录器的设计与实现

连 赟，马 琪，任金平，屠 炜

(1.杭州电子科技大学微电子CAD研究所，浙江杭州310018;2.杭州微纳科技有限公司，浙江杭州310012)

0 引言

一次可编程(One Time Programmable，OTP)存储器拥有一次性可编程能力，适合既要求一定灵活性、又要求低成本的应用场合，在电子行业有着广泛的应用。对于内部集成了OTP的MCU/SoC芯片，需要开发与之配套的OTP烧录器，使客户在量产时能够方便实现一次性编程烧写功能，把程序代码或数据固化到存储器中。WN6102是基于国产32位嵌入式CPU核CK610E设计的［1］、面向人机交互和无线音频等应用领域的MCU主控芯片，内部集成了32K×8bits的OTP［2］。本文以WN6102为例，设计与实现一款基于外部SPI Flash的OTP烧录器。

1 总体设计

基于片外SPI Flash的OTP烧录器框架如图1所示。当OTP烧录器通过USB连接PC主机(上位机)时，会在主机上枚举出1个USB复合设备［3］，其中包括1个自定义HID通道，称之为“Vendor”通道，上位机通过“Vendor”通道实现和OTP烧录器的双向通信。

图1 基于外部SPI Flash的OTP烧录器框架图

设置WN6102芯片的SYSTEM_MODE_2引脚为高电平，芯片内部2kB ROM中的bootload程序会将存储在片外SPI Flash中起始地址为0x000000的烧录器固件程序搬运到内存中运行;烧录器固件程序和上位机应用软件的交互通信，将上位机中的用户文件数据下载到SPI Flash起始地址为0x020100处;烧录器固件程序在用户数据下载完成后，一直检查OTP烧录启动标志信号(例如按键)是否到达，一旦检测到启动标志，固件程序就会进入OTP烧写函数，将存储在0x020100处的用户数据烧录到OTP，完成烧录。

2 硬件实现

WN6102具有USB接口、4套标准I2S/SPDIF音频接口、3个SPI接口、48个GPIO、16个12bit ADC通道、80kB的SRAM和32kB的OTP，支持8/16/32/44.1/48/96kHz采样率，支持外部SPI Flash、FEC编解码、CRC，并集成AUDIO DSP加速器。

OTP烧录器具有1个芯片Socket底座用于插拔WN6102，USB接口，SPI接口的512k片外Flash GD25Q40，16M的晶振，1个LCD液晶显示屏，3个按键，3个LED灯。本系统使用外接5V的直流电源供电，通过TLV70033 LDO转换为3.3V为WN6102芯片供电，通过DC5/DC65升压电路转换为6.5V为OTP烧录引脚供电。

3 软件设计

3.1 烧录器固件程序设计

固件与硬件联系紧密，固件程序的设计需要对硬件结构和硬件资源非常熟悉。本固件程序的软件流程为:

将WN6102芯片放入Socket底座并上电之后，从片外的SPI Flash芯片中(起始地址为0x000000)加载烧录器固件程序代码到片上SRAM中运行。固件程序开始运行时，首先对芯片进行时钟、中断、定时器、GPIO、USB、Flash等设备的初始化，然后进入主循环。若USB接收到上位机软件通过Vendor通道传输过来的数据包，则进入Vendor通道数据处理函数DealWithVendor。根据数据包中的命令字分别进行读取SPI Flash中程序版本信息，下载SPI Flash程序文件和OTP配置信息，上传OTP中数据的操作。其中程序文件和配置信息存储到片外SPI Flash中异于固件程序地址的特定区域。数据处理函数DealWithVendor完成后，返回主循环。若固件程序检测到按键或者延时等OTP烧录启动信号(由用户在上位机软件目录中的配置文件中配置)，则进入OTP烧录函数OtpBurn，完成目标OTP的设置参数和程序的烧录并将结果显示在LCD液晶显示屏上。烧录结束，从Socket底座中取出该芯片，放入下一芯片，不断重复上述流程。

图2 固件程序流程图

3.2 上位机软件设计

数据传输需要按照特定的数据格式和流程进行。制定了1套烧录WN6102目标芯片的OTP烧录器接口协议，具体命令如图3所示，用以实现上位机软件和烧录器的命令和数据交互，上位机下传命令和烧录器响应命令长度都是32bytes［4］。由于 OTP 只能烧录 1 次，在未启动OTP烧录信号时，用户可以通过上位机更新和覆盖存储在片外SPI Flash中需要烧录的数据。

图3 上位机与烧录器命令和数据交互的接口协议流程

上位机软件界面如图4所示，主要包括以下功能:(1)查找设备:查找OTP烧录器在主机上枚举出的USB复合设备，读取并显示烧录器固件程序的版本号，判断目标设备是否连接成功;(2)读取数据:读取该芯片OTP中的数据，检查是否为空;(3)下载配置:根据用户需要设置RSA KEY［5］、JTAG、烧录系列号等配置信息，下载的同时会另存为1个Config.ini文件在当前目录下;(4)下载程序:打开需要烧录的bin目标文件，并下载;(5)校验:读取OTP数据并与原始bin目标文件比较，判断是否烧写正确。

图4 上位机软件界面

4 结束语

本设计通过USB2.0接口与上位机传输数据，并运用片外SPI Flash作为桥梁，实现对WN6102芯片的OTP烧录。本文设计的烧录器经过实际应用，达到了预期的要求。

［1］童鼎.基于WN6102的音频技术研究与优化［D］.杭州:杭州电子科技大学，2012.

［2］Alston.EO0032K8SE130GO03［S］.台北:力旺电子股份有限公司，2011.

［3］刘银平，刘晓升.基于USB2.0接口的10－OTP烧录器设计［J］.电脑知识与技术.2007，4(24):60－62.

［4］唐大仕，刘光.Visual C++.NET应用教程［M］.北京:清华大学出版社，2006:358.

［5］徐元哲.Fs88x6系列加密芯片烧录器的设计与实现［D］.苏州:苏州大学，2010.