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為什么自己寫bootloader
我的第一款自己的serial bootloader是為Microchip PIC16單片機寫的UART bootloader,我命其名為HyperBootloader_PIC16. 為什么取這個名字,下面會講。很多朋友可能會問為什么要自己寫bootloader, 百度上一搜,有不少下載下來直接就可以用。比如ds30_Loader 就很不錯,免費,還支持Microchip很多系列的單片機。是沒錯,但是網上搜到的bootloader用C語言寫的少得可憐,或者不能用,或者不是用XC8編譯的(Microchip 的C編譯器)。它們絕大多數都是用匯編寫的,包括ds30_Loader。對於不怎么用匯編的我感覺很頭疼,這些bootloader也不太好修改,比如增加個自己需要的功能都比較困難。所以我決定自己用C語言寫PIC16 serial bootloader。說干就干,本來以為是小菜一碟,沒想到寫一個穩定好用又節省空間的bootloader也不簡單,這是后話。在講如何實現自己的PIC16 serial bootloader之前,我先講下serial bootloader的基礎知識。如果不需要了解的,請跳過這部分。
Serial bootloader之ABC
Serial bootloader是一種非常方便使用並且低成本的程序燒寫的方法。一般情況,每次燒寫Microchip單片機我們都需要將燒錄器PICKit3或ICD3接上目標板,然后在電腦上使用Microchip IPE或MPLAB X就可以直接燒寫Hex文件到目標板中。使用serial bootloader 就可以不需要插拔燒錄器,對開發工程師來講非常的方便。Serial bootloader需要用到單片機的串口,所以單片機端需要如下硬件電路,其中DB9串口是和電腦的串口相連。
Serial bootloader 和應用程序一樣也是燒錄到程序存儲器中,serial bootloader 和應用程序在程序存儲器中需要分開放置。所以serial bootloader一般有兩種放置方式,一種是放置在程序存儲器頭部,另一種是放置在程序存儲器底部,如下圖所示。
Serial bootloader 可以使用燒錄器PICkit3或ICD3燒到目標板上,之后更新應用程序就不需要燒錄器了。目標板和電腦通過串口相連,電腦上運行一個串口通信程序,將應用程序的Hex文件通過串口傳給serial bootloader, serial bootloader 再將接收到的Hex數據燒錄到程序存儲器的正確的位置上。接下來就是講今天的主角HyperBootloader_PIC16——我自己寫的第一款PIC16單片機C語言 serial bootloader。
HyperBootloader_PIC16
HyperBootloader_PIC16我是模仿HI-TECH的PICC bootloader,由於我是用XC8的編譯器的,所以有很多改動。上面有提到bootloader在程序存儲器中要么是在頭部要么是在底部,而HyperBootloader_PIC16 是在程序存儲器的底部。與它通信的電腦端的串口通信程序是超級終端——HyperTerminal. 這也是它命名的由來。
主要代碼段
HyerBootloader_PIC16是一款用C語言寫的只占很少空間的serial bootloader。不到0x200程序字空間. 實現邏輯也很簡單,主要代碼段如下。

/* receive a hex file via the serial port and write it to program memory */ for(;;) // loop until end of file { typedef union { unsigned int word; unsigned char byte[2]; } wordbyte; static persistent unsigned char inx; static persistent BANKX wordbyte addr; while (comms_getch()!=':'); // wait for start of hex file line words2write = cksum = bytecount = getXbyte(); words2write >>= 1; // convert byte count to word count addr.byte[1] = getXbyte(); // get the high byte of address addr.byte[0] = getXbyte(); // get the low byte of the address addr.word >>= 1; // convert byte address to word address EEADR = addr.byte[0]; EEADRH = addr.byte[1]; if(addr.byte[1] == 0x21) // unless this case, EEPGD = 0; // when EEPROM should be selected else { EEPGD = 1; // else destination is flash memory // ignore code that overlaps loader or data such as CONF/IDLOC #ifdef _BANK_ALIGNED if( addr.byte[1] >= (BOOT_START>>8) ) { #else if( addr.word >= (BOOT_START) ){ #endif while (!TRMT); TXREG='\r'; while (!TRMT); TXREG='\n'; continue; } } rectype = getXbyte(); // get the record type inx=0; while(bytecount--) { databuff[inx++]=getXbyte(); // read all bytes in this record } checksum(); // test the checksum of this record if(rectype==1) { // if this was an END record: prepare to run new program comms_puts("\r\nDone\r\n"); #asm GOTO run_program #endasm } // else ... INHX8M data record ix=0; isStartup=0; // Initiate a write to memory - EEADR has already been loaded if (((tmpadrh=addr.byte[1])|(addr.byte[0] & 0xFC)) == 0) { // is this address < 0004h? EEADRH = BOOT_START >> 8; #ifndef _BANK_ALIGNED tmpadr = EEADR; EEADR = ((BOOT_START & 0xFF)); #endif isStartup=1; // Yes - this is the reset vector code of new app } #ifdef _WRITE_4_WORDS prewrite = EEADR & _FWMASK; EEADR &= ~_FWMASK; // to start of flash-write boundary do { if(prewrite){ prewrite--; RD=1; NOP(); NOP(); }else{ EEDATA=databuff[ix++]; EEDATH=databuff[ix++]; if(words2write==0){ prewrite=((~EEADR)&_FWMASK); } } #else do { EEDATA=databuff[ix++]; EEDATH=databuff[ix++]; #endif while(WR); WREN=1; // commit this word to flash EECON2=0x55; EECON2=0xAA; WR=1; //initiate the write NOP(); NOP(); while (WR); WREN=0; #ifdef _BANK_ALIGNED if(isStartup && (EEADR==3)){ #else if(isStartup && ((EEADR&3)==3)){ #endif isStartup = 0; EEADRH = tmpadrh; //swap back the address #ifndef _BANK_ALIGNED EEADR = (tmpadr|3); #endif } if(++EEADR == 0) EEADRH++; #ifdef _WRITE_4_WORDS }while((prewrite)||words2write--); #else }while(words2write--); #endif }
如何使用
1. 使用XC8編譯HyperBootloader_PIC16, 由於HyperBootloader_PIC16將放在程序存儲器底部,占0x200程序字,編譯前,需先將Code Offset編譯參數設到正確值。例如,某PIC16 單片機的程序存儲器空間為0x2000程序字,Code Offset = 0x2000 - 0x200 = 0x1E00, 所以只需設置Code offset為1E00, 然后編譯。
2. 使用pickit3燒錄HyperBootloader_PIC16的Hex文件到目標板中。
3. 拔除pickit3燒錄器,連接目標板與PC的串口,打開超級終端,設置如下:9600-8-None-1-None, Line Delay-20ms。
4. 重啟目標板,超級終端會出現Booting... 字樣。
5. 6秒內,在超級終端窗口中按下鍵盤上任何按鍵,會出現">"(6秒內沒按鍵,會自動跳轉到用戶的應用程序中去)。
6. 打開Send Text File對話框,選擇期望燒錄的應用程序hex文件,點擊確認, HyperBootloader會將接收到的數據傳回到電腦超級終端上,並將數據燒錄到目標板程序存儲器的正確位置。
7. 燒錄完畢,再次重啟目標板,超級終端顯示完Booting ......,就自動跳到應用程序中,目標板開始正常運行應用程序。
之后每次更新應用程序,只需重復步驟 4 ~ 7 就可以了。
效果展示
下面是我使用HyperBootloader_PIC16給PIC16F877A燒錄應用程序的效果, HyperBootloader_PIC16會將接收到的數據先發送回電腦,同時再完成燒錄。如果有問題,這樣非常利於debug.
Booting.... >
:100000000A128A1104283FFF0A128A11522EFF1B7E
:10001000112883137F1883170008840A0319FF0A25
:1000200008007F087F398A000408840A0319FF0A40
:1000300082003FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF8C
:10020000533465347434743469346E346734203450
:1002100054344D3452343034203474346F342034F8
:10022000753473346534203469346E347434653411
:1002300072346E3461346C34203469346E34733407
:100240007434723475346334743469346F346E3496
:1002500020346334793463346C346534203463344B
:100260006C346F3463346B342E342E342E342E348D
:100270002E342E34203400347534743469346C34A4
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:100290006F346E3420344D346934633472346F34C7
:1002A0006334683469347034203438342D34623423
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:1002D000203450344934433431343634463438349D
:1002E0003734373441340D340A3400341B345B3432
:1002F00031343B34343430343B34333431346D3482
:1003000020344E344F34543445341B345B34313450
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:1003200043344F344C344F3452341B345B34313407
:100330003B34343430343B34333432346D34203451
:100340004334483441344E34473445341B345B34F1
:1003500030346D3420340D340A3400342D342D34CF
:100360002D342D342D342D342D342D342D342D3485
:100370002D342D342D342D342D342D342D342D3475
:100380002D342D342D342D342D342D342D342D3465
:100390002D342D342D342D342D342D342D342D3455
:1003A0002D342D342D342D342D342D342D342D3445
:1003B0002D342D342D342D342D342D342D342D3435
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:1003D00073342034703472346F346734723461345F
:1003E0006D342034693473342034613420347334F0
:1003F00069346D3470346C34653420346534783449
:1004000061346D3470346C34653420346F34663448
:100410002034733465347234693461346C3420347C
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:100CA000FE0A452E8313E830FD000530FE00F930C2
:100CB000FF00A03084000A128A11452683010A121F
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:100CE000F0008C1208003FFF3FFF3FFF3FFF3FFF38
:02400E
:00000001FF
Done
主要特性
HyperBootloader_PIC16有以下主要特性
1. C語言寫的,XC8 編譯(只有一點匯編在里面)。
2. 非常容易移植。
3. 支持FLASH燒寫
4. 可支持EEPROM燒寫。
5. 不支持CONFIG BITS/IDLOC 燒寫, 保持應用程序的Configuration Bits和Bootloader的一致。
如果你有什么疑問,或有興趣了解更多關於bootloader 的C語言實現,請加我QQ: 1273623966 (驗證信息請填 bootloader 或 cnblogs)。
想了解dsPIC bootloader 請閱讀我的隨筆《自己用C語言寫dsPIC / PIC24 serial bootloader》
想了解PIC18 bootloader 請閱讀我的隨筆《自己用C語言寫單片機PIC18 serial bootloader》