基于飛思卡爾的Bootloader程序下載更新

基于飛思卡爾的Bootloader程序下載更新前言寫這篇文檔是因為大三暑假時在一家公司實習(xí)，做一個基于飛思卡爾的bootloader遠程更新工程，剛開始定的技術(shù)指標是基于MC9S12XS128單片機的Bootloader程序、遠程〔基于GSM網(wǎng)絡(luò)〕和CAN總線通信。但因為我只是一個本科實習(xí)生而且實習(xí)時間只有一個多月，所以只完成了基于SCI的本地寫入.S19文件的更新。這大概也就是這篇文檔所包含的內(nèi)容啦。整個程序是存在瑕疵甚至根本上可以說是不成功的，但是我覺得自己在做這個工程的過程中確實也解決了網(wǎng)上沒有提到或者沒有答案的一些問題，特寫此文檔，希望大家各取所需，如果有什么高見或者發(fā)現(xiàn)了我明顯錯誤的地方，也非常歡送大家給我指出。歡送大家前來指教。小目錄一、Bootloader的含義---------------------------------------------------------2二、SCI串口的使用------------------------------------------------------------3三、Flash的擦除和寫入--------------------------------------------------------5四、.S19文件的寫入-----------------------------------------------------------13五、心得體會-----------------------------------------------------------------14一、Bootloader的意義與作用關(guān)于Bootloader的意義網(wǎng)上非常之多，這里針對單片機的Bootloader程序進行說明。Bootloader是在單片機上電啟動時執(zhí)行的一小段程序。也稱作固件，通過這段程序，可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個適宜的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用應(yīng)用程序準備好正確的環(huán)境。Boot代碼由MCU啟動時執(zhí)行的指令組成。這里的loader指向MCU的Flash中寫入新的應(yīng)用程序。因此，Bootloader是依賴于特定的硬件而實現(xiàn)的，因此，在眾多嵌入式產(chǎn)品中目前還不可能實現(xiàn)通用Bootloader。Bootloader的最大優(yōu)點是：在不需要外部編程器的情況下，對嵌入式產(chǎn)品的應(yīng)用代碼進行更新升級。它使得通過局域網(wǎng)或者Intemet遠程更新程序成為可能。例如，如果有5000個基于MCU的電能表應(yīng)用程序需要更新，電能表制造商的技術(shù)人員就可以防止從事對每一個電能表重新編程的巨大工作量，通過使用Bootloader的功能，由控制中心通過電能表抄表系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，遠程對5

000個電表重新編程?？梢姡珺ootloader功能對于嵌入式系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用具有十分重要的意義。再舉一個例子。就拿我自己做這個程序的目的來說，我所在的公司將自己的產(chǎn)品賣到全國各地，如果哪一天公司的底層軟件工程師〔單片機工程師〕想要升級底層軟件，就可以借助GSM網(wǎng)絡(luò)直接通過單片機中的Bootloader程序進行底層軟件的自我更新，而不是派出售后人員一臺一臺的進行更新，節(jié)省了大量的人力物力。注意點：平時我們最常用到的下載程序的方法是通過USB數(shù)據(jù)線或其他數(shù)據(jù)線進行程序的燒寫，這個方式是通過外界提供應(yīng)單片機高電壓來對flash擦除和寫入完成的。而Bootloader不需要外界提供高電壓僅靠正常工作電壓便可完成對flash的擦除和寫入，從而到達更新程序的目的。二、SCI串口的使用前面也提到，我做的是通過SCI串口的本地更新。SCI(SerialCommunicationInterface，串行通信接口)是最常用、最經(jīng)典的串行通信接口方式。通信雙方除了要按照約定的真?zhèn)€是進行數(shù)據(jù)通信外，還要約定相同的通信速率，在SCI通信中使用波特率來表示。串行通信的波特率被定義為每秒內(nèi)傳送的位數(shù)，單位為b/s或bps，常用的波特率有1200bps，4800bps，9600bps，19200bps，38400bps等。SCI的使用主要注意兩點：波特率的設(shè)置和工作方式的選擇，我選擇的是中斷工作方式。波特率：設(shè)置波特率的主要目的是使單片機和上位機〔上位機在這里就指將信息發(fā)給單片機的PC端〕保持同步。MC9S12XS128的波特率存放器是SCIBDH和SCIBDL，總共16位但是只有13位可以寫入。SBR[12:0]：波特率常數(shù)，取值1~8191.波特率發(fā)生器的時鐘輸出是由MCU內(nèi)部總線時鐘BUSCLK分頻而來，SBR[12:0]就是分頻系數(shù)，而SCI模塊需要的工作時鐘為波特率的16倍。SCI的波特率計算公式如下：SCI=fBUS/(16*SBR[12:0])波特率的計算數(shù)結(jié)果些許誤差可以忽略，以約等于常見通用的串行通信波特率數(shù)值。說了一大堆，到底如何設(shè)置不同的波特率呢，通過具體的程序代碼來表達一下。#defineSCIBusClock8000000//MC9S12XS128的總線時鐘是8MHz#defineSCI38400bps(unsignedint)((unsignedlong)(SCIBusClock)/(unsignedlong)(614400))//38400*1638400波特率#defineSCI19200bps(unsignedint)((unsignedlong)(SCIBusClock)/(unsignedlong)(307200))//19200*1619200波特率#defineSCI9600bps(unsignedint)((unsignedlong)(SCIBusClock)/(unsignedlong)(153600))//9600*169600波特率#defineSCI4800bps(unsignedint)((unsignedlong)(SCIBusClock)/(unsignedlong)(76800))//4800*164800波特率#defineSCIBaudRateSCI9600bps//大多數(shù)情況下用9600波特率中斷工作方式：選擇中斷的工作方式，一有數(shù)據(jù)從SCI串口輸出，單片機便立馬進行接收處理。主要對SCI0CR1和SCI0CR2進行操作。SCI0CR2=0x2C;//00101100RIE=1,TE=1,RE=1//RIE=1接收數(shù)據(jù)存放器滿和重疊中斷請求使能//TE=1發(fā)送器使能//RE=1接收器使能具體的數(shù)據(jù)接收代碼為：//SCIReceiveN:串行接收N個字節(jié)數(shù)據(jù)------------------------------------------*byteSCIReceiveN(void){while(!SCI0SR1_RDRF);//如果SCI0SR1_RDRF為1那么表示數(shù)據(jù)起存器接收到的數(shù)據(jù)有效returnSCI0DRL;//返回接收到的值，即SCI數(shù)據(jù)存放器SCIDRL中的數(shù)據(jù)}溫馨提醒：SCI程序到底對不對，有沒有正常的工作，還是要通過上位機來觀察。這就牽扯到用什么軟件來作為單片機和上位機的接口。網(wǎng)上很多資料推薦一款很經(jīng)典的軟件“超級終端〞，但是我個人認為這款軟件太“經(jīng)典〞啦，太老啦，導(dǎo)致我一直不知道怎么用的。如果大家也遇到了這個問題，那么我向大家推薦“友善串口調(diào)試〞，完全的免費，而且界面簡潔，使用簡單，英文名為“SerialPortUtility〞。三、Flash的擦除和寫入關(guān)于Flash的擦除和寫入，真的是讓我最費力的一局部，網(wǎng)上的相關(guān)資料很少，好不容易找到了一點相關(guān)代碼，卻發(fā)現(xiàn)程序不能正常的運行，而且更令人無解的是程序本身怎么檢查都檢查不出錯誤。好啦，一點一點的說說我的辛酸史。首先，如果你在尋找飛思卡爾的flash擦除寫入操作，很遺憾的告訴你，如果你用的不是MC9S12XS系列，那么很有可能，你所需要的flash擦除寫入操作和我接下來將要說明的擦除寫入操作根本上不沾邊〔除了原理上〕，因為飛思卡爾不同系列的單片機對flash的擦除寫入操作的定義差異很大，不注意型號的話反而會被誤導(dǎo)。至于擦除和寫入的原理是什么，這個不是我們關(guān)心的，我也不去贅述，我主要說明一下相關(guān)的具體操作。我們主要是對飛思卡爾Flash中的PFlash即存放程序段的Flash進行操作。如圖，步驟大概分為：1、設(shè)置Flash分頻存放器：Flash的操作對頻率有一定的要求，過低擦除不成功，過高會損毀Flash如圖為MC9S12XS128的FCLKDIV存放器，所有位都是可讀的但是只有7位可寫入。至于應(yīng)該如何設(shè)置分頻數(shù)，有一張表格可以參考：如表格說明，分頻數(shù)是根據(jù)外部時鐘來定的，MC9S12XS128的外部時鐘是16MHz，所以我選擇了0x10作為分頻數(shù)。給出一一些具體的代碼：/*************************************************************名稱：voidPFlash_Init(void)**功能：PFlash初始化**入口參數(shù)：無**出口參數(shù)：無**使用說明：無************************************************************/voidPFlash_Init(void){while(FSTAT_CCIF==0);//等待正在處理的Flash操作，即CCIF=1時，操作完成FCLKDIV=0x10;//外部晶振為16MHz，F(xiàn)lash時鐘設(shè)置為1MHzFCNFG=0x00;//禁止中斷while(FCLKDIV_FDIVLD==0);//等待時鐘設(shè)置成功，即FDIVLD為1時設(shè)置成功}這里補充一下對FCLKDIV_FDIVLD的說明：說明很簡單，一看就看懂。2、FSTAT狀態(tài)存放器在上面的代碼中出現(xiàn)了一行，這就涉及到一個很重要的存放器，就是Flash操作的狀態(tài)存放器，就像是Flash操作步驟中的“紅綠燈〞一樣，告訴程序什么時候可以執(zhí)行什么操作，什么時候必須要等待一下。如圖：其中我們比擬關(guān)心的是CCIF位、ACCERR位和FPVIOL位，這三位也都是可讀可寫的。CCIF：指令完成標志位，當CCIF位為1時，表示上一個Flash操作完成了。注意圖中的高亮局部，如果想要使當前操作的指令完成，需要手動將CCIF清零〔標志位置位就是令標志位為0，但具體操作是令標志位等于1〕，才能觸發(fā)指令，令指令完成，也就是前面流程圖中說明的，才能launch指令。ACCERR和FPVIOL：這兩位主要標志是否有錯誤操作發(fā)生，當為1時，說明檢測到錯誤。那檢測到作物怎么辦呢？解決方法也比擬奇葩，將兩個標志位清零〔清零操作如上〕就行，，，，，至于什么原理，我也不太明白。數(shù)據(jù)手冊如圖，強烈建議還是自己讀一下原文，很有好處。再給出一些具體的代碼：CCIF的操作代碼：FSTAT_CCIF=1;//啟動執(zhí)行命令，即launch指令while(FSTAT_CCIF==0);//等待執(zhí)行完成ACCERR和FPVIOL的操作代碼：if(FSTAT_ACCERR)//判斷并去除標志位；FSTAT_ACCERR=1;//將標志位清零if(FSTAT_FPVIOL)//判斷并去除標志位；FSTAT_FPVIOL=1;//將標志位清零注意點：說實話，當時我自己寫程序的時候，就對標志位清零操作感到非常的疑惑，說好的清零操作呢，為什么是令標志位為等于1？后來才想明白，對于標志位，寫0等效于沒有操作，寫1代表清零。原因主要有兩點：標志位為1一般表示有什么事情發(fā)生啦，對于標志位什么時候為1，應(yīng)該是單片機根據(jù)具體的情況作出自己的判斷，是根據(jù)實際情況來置1的，而不應(yīng)該是人為的置1。如果某次操作我們只想對狀態(tài)存放器中的某一位或某幾位進行操作，那么對其余位就必須沒有任何的影響，如果規(guī)定寫0時等效于無操作。3、執(zhí)行具體的指令將分頻和狀態(tài)存放器弄好后，就可以開開心心的執(zhí)行具體的指令啦。指令具體的指令主要涉及到FCCOBIX存放器和FCCOB存放器：FCCOBIX存放器和FCCOB存放器必須要配合使用。FCCOBIX進行選擇，然后往FCCOB中寫入具體的指令、地址和數(shù)據(jù)。Flash操作命令表如圖：這里我們只關(guān)心P-Flash的擦除和寫入操作。P-Flash的擦除操作：如圖，；令CCOBIX為000，往FCCOB中寫入0x0A和高地址位，對照指令表，0X0A表示擦除操作，高地址位就是Globaladdress模式下地址的高八位。然后令CCOBIX為001，往FCCOB寫入Globaladdress模式下地址的第八位，就可以擦除你想要的擦除的地址片區(qū)。/*************************************************************名稱：voidPFlash_Erase(wordADDR16)**功能：擦除P-FLASH的一個分區(qū)**入口參數(shù)：無**出口參數(shù)：無**使用說明：無************************************************************/voidPFlash_Erase(wordADDR16){while(FSTAT_CCIF==0);if(FSTAT_ACCERR)//判斷并去除標志位；FSTAT_ACCERR=1;if(FSTAT_FPVIOL)//判斷并去除標志位；FSTAT_FPVIOL=1;FCCOBIX_CCOBIX=0x00;FCCOB=0x0A7E;//寫入擦除命令和高位地址，0A是指令，7E是高地址位FCCOBIX_CCOBIX=0x01;FCCOB=ADDR16;//寫入低16位的地址FSTAT_CCIF=1;//啟動執(zhí)行命令while(FSTAT_CCIF==0);//等待執(zhí)行完成}P-Flash的寫入操作：寫入操作和擦除操作是差不多的，模式是不是和擦除操作很像。CCOBIX為000和001時的含義和擦除操作是完全一樣的。主要講一下CCOBIX為010~101時的含義。因為MC9S12XS128規(guī)定Flash寫入時，必須一次性寫入8個字節(jié)，，，是的就是這么蛋疼。不多說啦，直接來一些具體的代碼，就很好理解啦。/*************************************************************名稱：voidPFlash_Write(uint16ADDR16)**功能：向PFLASH寫入數(shù)據(jù)**入口參數(shù)：無**出口參數(shù)：無**使用說明：無************************************************************/voidPFlash_Write(wordADDR16){bytei,j;//i為Buffer的下標，j為string的下標for(i=0,j=0;i<4;i++,j++){Buffer[i]=0x0000;Buffer[i]=Buffer[i]|(string[j]<<8);j++;Buffer[i]=Buffer[i]|string[j];}while(FSTAT_CCIF==0);if(FSTAT_ACCERR)//判斷并去除標志位；FSTAT_ACCERR=1;if(FSTAT_FPVIOL)//判斷并去除標志位；FSTAT_FPVIOL=1;FCCOBIX_CCOBIX=0x00;FCCOB=0x067E;//寫入命令和高位地址(06是對P-Flash進行固化的指令)FCCOBIX_CCOBIX=0x01;//地址后16位FCCOB=ADDR16;//寫入低16位地址FCCOBIX_CCOBIX=0x02;//寫入第一個數(shù)據(jù)FCCOB=Buffer[0];FCCOBIX_CCOBIX=0x03;//寫入第二個數(shù)據(jù)FCCOB=Buffer[1];FCCOBIX_CCOBIX=0x04;//寫入第三個數(shù)據(jù)FCCOB=Buffer[2];FCCOBIX_CCOBIX=0x05;//寫入第四個數(shù)據(jù)FCCOB=Buffer[3];FSTAT_CCIF=1;//寫入執(zhí)行命令while(FSTAT_CCIF==0);//等待執(zhí)行完畢}這段程序理解起來應(yīng)該沒有問題吧。4、最后一步：好啦，看到這里是不是想要自己寫一個Flash操作代碼嘗試一下，然后你單步調(diào)制的時候會發(fā)現(xiàn)太好啦，終于擦除和寫入啦，然后開始全速運行，咦，發(fā)現(xiàn)程序跑飛啦，不放棄，接著嘗試，然后怎么檢查都檢查不出錯誤來，單步運行就是可以，全速運行就是不可以，反復(fù)屢次，你會感到抓狂，會感到。好啦好啦，不瞎扯啦，其實這個問題也困擾了我很久，因為我沒有系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過單片機，終于，在TI的論壇上，沒錯，你沒有看錯，一個飛思卡爾的問題最終在TI論壇上找到了解決方法〔吐槽一下，飛思卡爾真是奇葩，資料超少，軟件也超貴，相關(guān)的論壇也超冷淡。相比來說，TI做的就很好，資料很多，軟件免費而且好用，論壇也很火〕。其實原因是，F(xiàn)lash不能對本身就行操作，也就是說在Flash中的代碼不能對Flash進行操作，必須轉(zhuǎn)移到RAM中才可以。怎么解決這個問題呢，我自己用的是#pragma關(guān)鍵字，再配合上codewarrior的.prm文件，就可以啦，全速運行下沒有問題。#pragmaCODE_SEGFLASH_RAM//在.prm文件中將FLASH_RAM定義在RAM區(qū)中//對flash進行操作的代碼#pragmaCODE_SEGDEFAULF關(guān)于#pragma和.prm怎么用，又是另一個主題啦，在這里就不贅述。除此之外還有一個方法，就是利用RELOCATE_TO，至于RELOCATE_TO怎么用，也是另外一個話題，在這里給出一些資料，要用到的同學(xué)可以自己去看看。關(guān)于RELOCATE_TO的關(guān)鍵定義： Inthisexam