自己用C語言寫NXP S32K116 serial bootloader

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歡迎咨詢或定制bootloader（在線升級程序）。

 

　　到目前為止，“自己用C語言寫 xxx serial bootloader"已經有7篇博文了，7篇博文，7款不同的MCU。今天給大家介紹第8款MCU的串口bootloader, 也就是NXP S32K116 serial boot-loader。 NXP S32K116 是ARM Cortex-M0 內核的32-bit MCU。 有豐富的外設，卓越的性能以及成熟的工具鏈。特別是NXP的Processor Expert，一個非常不錯的工具。我的這個bootloader 的底層驅動都是用Processor Expert自動生成的。我只需要寫中間層和bootloader應用層的代碼。看完S32Kxxx datasheet和S32Kxxx reference manual，才開始寫bootloader，整個實現過程除了"bootloader jumping to application"卡了一段時間，一切都非常順利。Processor Expert確實可以節省不少時間。但NXP S32Kxxx 開發環境也有不足的地方，比如IDE S32DS （S32 design studio） 非常慢，電腦配置不高的話容易卡死。還有就是S32DS 不支持simulator debug。 一定要有硬件板才可以debug.

　　Bootloader 是獨立的一個程序，和Application分別存儲在ROM中不同的區間，不能有重疊。我的S32K116 bootloader 是放置在頭部，區間范圍為：0x00000000~0x00003FFF. Application的區間范圍為：0x00004000~0x0001FFFF. 為此分別對Bootloader 和Application的linker script做了一下改動。

Bootloader linker script 的改動如下：

MEMORY
{
  /* Flash */
  m_interrupts          (RX)  : ORIGIN = 0x00000000, LENGTH = 0x000000C0
  m_flash_config        (RX)  : ORIGIN = 0x00000400, LENGTH = 0x00000010
  m_text                (RX)  : ORIGIN = 0x00000410, LENGTH = 0x00003BF0

  /* SRAM_L */

  /* SRAM_U */
  m_data                (RW)  : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 0x000020C0
  m_data_2              (RW)  : ORIGIN = 0x200020C0, LENGTH = 0x00001740
}

Application linker script 的改動如下：

MEMORY
{
  /* Flash */
  m_interrupts          (RX)  : ORIGIN = 0x00004000, LENGTH = 0x000000C0
  m_flash_config        (RX)  : ORIGIN = 0x00004400, LENGTH = 0x00000010
  m_text                (RX)  : ORIGIN = 0x00004410, LENGTH = 0x0001BBF0

  /* SRAM_L */
  m_custom              (RW)  : ORIGIN = 0x1FFFFC00, LENGTH = 0x00000400
  /* SRAM_U */
  m_data                (RW)  : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 0x000020C0
  m_data_2              (RW)  : ORIGIN = 0x200020C0, LENGTH = 0x00001740
}

　　Bootloader實現Application的更新需要上位機的協助，上位機一般是PC端的host 軟件工具。我的S32K116 bootloader 使用的上位機是HyperTerminal.  HyperTerminal 可以建立串口連接，傳輸Application 的Hex文件。並可以配置傳輸方式為每發送一行delay 50ms, 這樣可以預留時間讓bootloader處理數據完成燒寫。使用HyperTerminal可以省掉開發專門的上位機時間，但是由於傳送方式是純文本發送，沒有使用協議，沒有應答機制。某種意義上講是不可靠的。並且速度慢，一般不可以用於量產產品，只能用於學習或內部人員使用。

　　Bootloader程序是MCU的程序，MCU一上電就進入Bootloader。Bootloader程序先完成CLOCK， PIN， UART 初始化，然后就運行一個Bootloader狀態機，狀態機如下所示：

        switch (bootState)
        {
            case BOOT_HANDSHAKE:
                mbootStatus = M_Bootloader_Handshake();
                if (mbootStatus == BT_OK)
                {
                    bootState = BOOT_INIT;
                }
                else if (mbootStatus == BT_HS_TIMEOUT)
                {
                    mbootStatus = BT_DONE;
                    bootState = BOOT_JUMPTO_APP;
                }
                break;
            case BOOT_INIT:
                LPUART_DRV_SendDataPolling(INST_LPUART1,(uint8_t*)bootInitMsg,strlen((char*)bootInitMsg));
                mbootStatus = M_Bootloader_Init();
                if (mbootStatus == BT_OK)
                {
                    LPUART_DRV_SendDataPolling(INST_LPUART1,(uint8_t*)bootJobDoneMsg,strlen((char*)bootJobDoneMsg));
                    bootState = BOOT_ERASE;
                }
                break;
            case BOOT_ERASE:
                LPUART_DRV_SendDataPolling(INST_LPUART1,(uint8_t*)bootEraseMsg,strlen((char*)bootEraseMsg));
                mbootStatus = M_Bootloader_Erase();
                if (mbootStatus == BT_OK)
                {
                    LPUART_DRV_SendDataPolling(INST_LPUART1,(uint8_t*)bootJobDoneMsg,strlen((char*)bootJobDoneMsg));
                    bootState = BOOT_RECEIVE;
                    LPUART_DRV_SendDataPolling(INST_LPUART1,(uint8_t*)bootPrgmMsg,strlen((char*)bootPrgmMsg));
                }
                break;
            case BOOT_RECEIVE:
                mbootStatus = M_Bootloader_Receive();
                if (mbootStatus == BT_OK)
                {
                    LPUART_DRV_SendDataPolling(INST_LPUART1,(uint8_t*)bootFbHdrMsg,strlen((char*)bootFbHdrMsg));
                    LPUART_DRV_SendDataPolling(INST_LPUART1,(uint8_t*)lineRcdBuf,LINE_RECORD_BUF_SIZE);
                    bootState = BOOT_PROGRAM;
                }
                break;
            case BOOT_PROGRAM:
                mbootStatus = M_Bootloader_Write();
                if (mbootStatus == BT_BUSY)
                {
                    bootState = BOOT_RECEIVE;
                }
                else if (mbootStatus == BT_OK)
                {
                    bootState = BOOT_PREJUMP;
                }
                break;
            case BOOT_PREJUMP:
                mbootStatus = Prejump_To_Application();
                if (mbootStatus == BT_OK)
                {
                    bootState = BOOT_JUMPTO_APP;
                    LPUART_DRV_SendDataPolling(INST_LPUART1,(uint8_t*)bootPrgmDoneMsg,strlen((char*)bootPrgmDoneMsg));
                }
                break;
            case BOOT_JUMPTO_APP:
                mbootStatus = BT_DONE;
                //LPUART_DRV_Deinit(INST_LPUART1);
                //Jump_To_Application(*((uint32_t*)APP_START_ADDRESS),*((uint32_t*)APP_JUMP_ADDRESS));
                break;
            default:
                break;
        }

總共7個狀態：BOOT_HANDSHAKE，BOOT_INIT，BOOT_ERASE，BOOT_RECEIVE，BOOT_PROGRAM，BOOT_PREJUMP，BOOT_JUMPTO_APP。
BOOT_HANDSHAKE：初始狀態，數秒6秒，收到更新請求就切換狀態為BOOT_INIT，超時就切換狀態為BOOT_JUMPTO_APP，出錯就重啟。                 

BOOT_INIT: 初始化flash, 成功就切換狀態為BOOT_ERASE，出錯就重啟。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

BOOT_ERASE：擦除flash的Application區間，成功就切換狀態BOOT_RECEIVE，出錯就重啟。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

BOOT_RECEIVE：接收Hex數據，每成功接收一行數據，就切換狀態為BOOT_PROGRAM，出錯就重啟。　　　　　　　　　　　

BOOT_PROGRAM：解析數據，數據ready就完成燒寫，如果數據是最后一行數據，就切換狀態為BOOT_PREJUMP，否則切回BOOT_RECEIVE，出錯就重啟。　　　　　　　　　　

BOOT_PREJUMP: 檢查數據並處理未處理的數據，成功則切換狀態為BOOT_JUMPTO_APP，出錯就重啟。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

BOOT_JUMPTO_APP: 設置Application中斷向量，設置Application的Stack首地址。跳轉到Application Reset 向量地址。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

Jump_To_Application這個函數功能很簡單，卻花了很多時間，Application已經燒寫完成，始終無法跳轉過去，包括NXP官網上bootloader例程的跳轉方法也不行，后來經過不斷試錯，總算成功了，最終實現如下：

void Jump_To_Application(uint32_t userSP)
{
    void (*entry)(void);
    uint32_t pc;
    if(userSP == 0xFFFFFFFF)
    {
        return;
    }
    else
    {
        /* Set up stack pointer */
        __asm("msr msp, r0");
        __asm("msr psp, r0");
        /* Relocate vector table */
        S32_SCB->VTOR = (uint32_t)APP_START_ADDRESS;
        /* Jump to application PC */
        pc = *((volatile uint32_t *)(APP_START_ADDRESS + 4));
        entry = (void (*)(void))pc;
        entry();
    }
}

Bootloader 的開發環境：

IDE： S32DS

Compiler： S32DS 自帶的gcc

Hardware:  S32K116 EVB

SDK:   S32DS/S32SDK_S32K116_EAR_1.8.7