S32k144 简易 Bootloader
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内容目录
一、理论
1、 复位流程
2、 内存分布
二、 实战 — boot
1、 工具：keil JLINK
2、 新建工程
3、 修改脚本
4、 修改代码
5、 编译下载
6、现象
三、 实战 — app
1、 新建工程
2、 修改脚本
3、 修改代码
4、 编译下载
5、 在线仿真
注意：
问题：
总结
参考文献：
一、理论
1、 复位流程
在离开复位状态后，Cortex-M 做的第一件事就是读取下列两个 32 位整数的值：
1、从地址 0x0000,0000 处取出 MSP 的初始值。
2、从地址 0x0000,0004 处取出 PC 的初始值——这个值是复位向量，LSB 必须是1，然后从这个值所对应的地址处取指。
图 1.1 复位序列.jpg
在 0 地址处提供 MSP 的初始值，然后紧跟着就是向量表。向量表中的数值是 32位的地址，而不是跳转指令。向量表的第一个条目指向复位后应执行的第一条指令。
图 1.2 初始化MSP及PC初始化一个范例.jpg
因为 Cortex-M 使用的是向下生长的满栈，所以 MSP 的初始值必须是堆栈内存的末地址加1。举例来说，如果你的堆栈区域在 0x20007C00-0x20007FFF 之间，那么 MSP 的初始值就必须是 0x20008000。
向量表跟随在 MSP 的初始值之后——也就是第 2 个表目。要注意因为 cortex-m 是在Thumb 态下执行，所以向量表中的每个数值都必须把 LSB 置1（也就是奇数）。正是因为这个原因，图 1.2 中使用 0x101 来表达地址 0x100。当 0x100 处的指令得到执行后，就正式开始了程序的执行。在此之前初始化 MSP 是必需的，因为可能第1条指令还没来得及执行，就发生了 NMI 或是其它 fault。MSP 初始化好后就已经为它们的服务例程准备好了堆栈。
2、 内存分布
图 1.3 flash 内存分配图.jpg
需要修改工程中内存分配的脚本实现以上效果，这里是使用两个工程设计，一个为 bootloader 工程，一个为 app 工程。
二、 实战 — boot
1、 工具：keil JLINK
使用 S32DS 开发也可以，但是 S32DS 使用 jlink 下载程序的时候，芯片容易锁死，而且飞思卡尔的芯片锁死之后，解锁都比较麻烦，所以暂时选择 keil 开发。
2、 新建工程
使用 keil 建立 s32k144 工程并不难，只是 s32k144 与其他的芯片稍微有点不一样，除了有一个汇编文件的启动文件之外，还有几个源文件，源文件的作用主要是从 flash 复制代码到 ram 中，初始化 bss 段，关闭看门狗，配置时钟等。
图 2.1 新建工程.jpg
图 2.2 保存工程.jpg
图 2.3 选择芯片类型.jpg
图 2.4 选择固件以及启动代码.jpg
上图红色部分务必勾选。
图 2.5 工程目录结构.jpg
红色框部分即使内存分配脚本，这是待会儿需要修改的。工程建立好了之后，还需要进行一些配置。
图 2.6 内存配置.jpg
在搞 STM32 的时候，有时候修改的就是这里，这里可以修改内存分配，但是我们这次使用的是用户脚本，不是默认内存配置，所以这里不需要修改。当然还有生成 hex 文件、调试工具的选择、输出目录等配置也需要进行，这里就不一一列举了，
图 2.7 用户脚本选择.jpg
红色部分不要勾选，紫色部分需要手动找到这个脚本，我们把代码下载到 flash 就选择 flash 脚本，下载到 ram 就选择 ram 脚本。
图 2.8 下载配置.jpg
红色部分最好不勾选，因为如果直接使用在 keil 下载的话，这个选项在下载 app 代码的时候，会全部擦除 flash，这时候 boot 会遭殃，会导致起不来，配置基本配置好了，接下来就是修改脚本了。
3、 修改脚本
Boot 的脚本基本不用怎么修改，就是修改一下 Boot 结束地址，这里开辟给 boot 的大小是 0x4000，相当于 16K 的大小。
#if (defined(__ram_vector_table__))
#define __ram_vector_table_size__ 0x00000400
#else
#define __ram_vector_table_size__ 0x00000000
#endif
#define m_interrupts_start 0x00000000
#define m_interrupts_size 0x00000400
#define m_flash_config_start 0x00000400
#define m_flash_config_size 0x00000010
#define m_text_start 0x00000410
//#define m_text_size 0x0007FBF0
#define m_text_size 0x00002000
#define m_interrupts_ram_start 0x1FFF8000
#define m_interrupts_ram_size __ram_vector_table_size__
#define m_data_start (m_interrupts_ram_start+m_interrupts_ram_size)
#define m_data_size (0x00008000 - m_interrupts_ram_size)
#define m_data_2_start 0x20000000
#define m_data_2_size 0x00007000
4、 修改代码
代码的修改主要是集中在，跳转函数，需要定义一个函数指针类型，还要注意 Cortex-m 复位跳转序列。
#include "S32K144.h" /* include peripheral declarations S32K144 */
#include "clocks_and_modes.h"
#include "gpio_led.h"
#define APP_ADDR 0x00004000
/******************************************************************************
*Local variables
******************************************************************************/
typedef void (*bootloader_fun)(void);
bootloader_fun jump2app;
void delay(volatile int cycles)
{
/* Delay function - do nothing for a number of cycles */
while(cycles--);
}
int main(void)
{
SOSC_init_8MHz(); /* Initialize system oscilator for 8 MHz xtal */
SPLL_init_160MHz(); /* Initialize SPLL to 160 MHz with 8 MHz SOSC */
NormalRUNmode_80MHz(); /* Init clocks: 80 MHz sysclk & core, 40 MHz bus, 20 MHz flash */
LED_PORT_init();
for(;;){
for(int i = 0;i < 5;i++){
led_triggle(2,1); /* turn on red LED */
led_triggle(1,0); /* turn on green LED */
led_triggle(0,0); /* turn on blue LED */
delay(720000);
delay(720000);
led_triggle(2,0); /* turn on red LED */
led_triggle(1,0); /* turn on green LED */
led_triggle(0,0); /* turn on blue LED */
delay(720000);
delay(720000);
}
jump2app = (bootloader_fun)*(uint32_t*)(APP_ADDR + 4);
jump2app();
}
return 0;
}
重点应该就是这句话：
jump2app = (bootloader_fun)(uint32_t)(APP_ADDR + 4);
APP 地址加上 4 ，就是因为 CORTEX-M 复位序列的 PC 指针位置的偏移量就是偏移 4，(uint32_t)(APP_ADDR + 4) 进行强制类型转换，(bootloader_fun)(uint32_t*)(APP_ADDR+4) 取址，相当于取 0x4004 地址的值，放到 PC 指针，可能需要主义的还有一个就是 C 语言的语法，C 语言里面，函数名称就是函数的入口地址，也就是说函数名称其实也是一个指针，所以后面一句：jump2app();就是相当于执行一个函数。这样就可以跳转了。
5、 编译下载
编译就没啥问题，下载就有两种方式，一种是直接在keil 上下载，这个很简单了，例外一个就是单独打开 segger 下载，这时候需要配置一下这个软件：
图 2.9 segger 配置.jpg
图 2.10 选择芯片.jpg
然后把编译生成的 hex 文件，直接拖到页面里面就可以了，按 F5 就可以下载了，boot的下载没有什么特别的要求，两个都可以下载。
图 2.11 编译完成.jpg
6、现象
下载之后，可以看到小灯闪了 5 下就不闪了，说明执行到了后面的跳转程序。
三、 实战 — app
1、 新建工程
建立工程和 boot 一样的过程，这里就不再赘述了。
图 3.1 app 目录结构.jpg
2、 修改脚本
脚本位置：$(工程目录)144_app\RTE\Device\S32K144UAxxxLLx 下
#if (defined(__ram_vector_table__))
#define __ram_vector_table_size__ 0x00000400
#else
#define __ram_vector_table_size__ 0x00000000
#endif
//#define m_interrupts_start 0x00000000
#define m_interrupts_start 0x00004000
#define m_interrupts_size 0x00000400
//#define m_flash_config_start 0x00000400
#define m_flash_config_start 0x00004400
#define m_flash_config_size 0x00000010
//#define m_text_start 0x00000410
#define m_text_start 0x00004410
//#define m_text_size 0x0007FBF0
#define m_text_size 0x0002FBF0
#define m_interrupts_ram_start 0x1FFF8000
#define m_interrupts_ram_size __ram_vector_table_size__
#define m_data_start (m_interrupts_ram_start + m_interrupts_ram_size)
#define m_data_size (0x00008000 - m_interrupts_ram_size)
#define m_data_2_start 0x20000000
#define m_data_2_size 0x00007000
App 脚本的修改稍微多一点，每个对应的偏移地址都需要改，向量表的地址，text 段的地址等。
3、 修改代码
代码基本就是正常的代码，不用做任何的操作就可以了。
4、 编译下载
编译和 boot 一样，下载的话，如果没勾选 erase full chip ，可以直接下载，也可以使用 segger 下载。
5、 在线仿真
如果 app 的代码只是下载，那每次调试都会比较麻烦，都得编译成 hex 文件再下载才能验证，因为脚本修改了向量表的地址，直接在线调试是不行的，这样就很不方便开发了，网路上有网友通过修改一个脚本，让 keil 识别到我们已经修改过的向量表的地址，在工程目录新建 flashoffset.ini 文件，内容如下：
图 3.2 app 在线调试脚本.jpg
在 keil 配置里面导入这个文件
图 3.3 导入在线调试脚本.jpg
这样就可以就行在线调试了，就和正常开发一样方便了。
注意：
每个工程编译完了之后，最好是查看 .map 文件，看一下内存分配是否都在划定的内存里面
图 3.4 app 工程的 .map 文件.jpg
也算是一种调试信息手段吧。
问题：
这个 bootloader 整个流程虽然可以走通，但是还有问题，如果 app 工程开启了中断，app 的程序会跑飞。原因是什么呢？这个就是第一节说的 cortex-m 复位序列。
1、 boot 中断未关；
2、接收升级文件驱动未提供；
3、Flash 驱动未提供；
4、App 程序重新定位向量表的基地址未修改。
总结
虽然上述通过 keil 软件，以及它的分散脚本实现了简单的 bootloader 和 app 在线调试功能，这个只是一个简易的 bootloader，还有很多功能未添加，也有很多地方还需要完善，目前这个只是能跑一个简单的流程，只是帮助理解一下。
参考文献：
《Cortex-M3 权威指南》
代码下载：
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作者：Depthkernelcore
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来源：简书
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