【dsPIC33E】Bootloader（三）Bootloader下位机

前面2节讲述了dsPIC33E的Flash存储结构以及Hex格式，接下来开始讲述如何编写Bootloader下位机和上位机。

本节讲述下位机的设计，考虑到执行效率和烧录时间，我们将主要解析工作放到上位机中，因为PC的执行速度远高于MCU。在上位机中，我们将Hex文件解析成一组一组的地址和数据组合，然后将一个地址和数据打包发送到Bootloader，Bootloader将其写入对应地址内。

我们先将地址空间分割成三段区域：

0x000000-0x0007FF： 第一段为起始跳转、复位和中断向量表

0x000800-0x0071FF： 第二段为Bootloader，此处预留0x6400长度，为了以后扩充，多预留了一点，后面再空一点点。

0x008000-0x02A800： 第三段为User App，注意最后一页（包含配置字）不要使用，擦除时会导致代码保护清零。

分别在Bootloader和AfterBootloader（即User App）项目中添加gld文件（从xc16安装文件夹下复制到项目目录下），修改对应的程序地址（修改program (xr)的起始地址和长度），这样编译时，会限制程序起始和结束地址。

以下我们将使用具体项目来说明，使用的芯片为dsPIC33EP256GP506

示例项目下载：https://download.csdn.net/download/u010875635/10819819

Bootloader中，最重要的就是2个功能，一是通信，二是Flash读写。由于不能使用中断，防止中断向量表与User App的冲突，通信都采用查询模式。开发板正好有现成的串口，本例采用串口通信，考虑到后面可能会使用CAN，因此核心数据长度为8bytes，串口本身校验功能差，我们再在前后分别增加2个字节，总计12个字节。

此例总共设有5中命令，兼容Bootloader和User App，分别为：EntryBootloader（User App中可用）、Reset、Data、DataEnd、CheckBootloader、Erase。

EntryBootloader，Bootloader不适用，User App中可用，由上过机发送过来的命令，用于在User App中复位到Bootloader，以便于进行代码烧写工作；Bootloader启动时会向上位机发送EntryBootloader回馈，表示进入Bootloader。

Reset，Bootloader中可用，上位机发送过来的命令，用于烧写完毕后，重启系统，User App启动时会向上位机发送Reset回馈表示已经于User App。

Data，接收到的为数据，由上位机发送过来，Bootloader将其写入flash。

DataEnd，上位机发送数据完毕，告诉Bootloader系统可以复位了。

CheckBootloader，上位机发送的命令，用于检查是否在Bootloader中，若在则回馈，若不再不回馈，上位机有超时判断。

Erase，上位机发送命令，下位机接收到命令后，会擦除所有用户程序相关的存储区，包括复位和中断向量表。

#include "McuDrivers/uart/uart.h"
#include "McuDrivers/system/system.h"
#include "McuDrivers/flash/DataRecord.h"
#include "McuDrivers/gpio/gpio.h"
#include "McuDrivers/timer/timer.h"
#include "Protocols/Bootloader.h"
#include "Protocols/UserAppFlash.h"
#include "McuDrivers/flash/InnerFlash.h"


uint8_t receiveData[12]={0},dataIndex=0;

void Uart_Tasks();
uint8_t Time_Tasks();
uint8_t Tick_Tasks();

int main(void) 
{    
    uint8_t run=1;
    
    System_Initialize_g();

    Uart_Initial_g(115200);
    System_Delay_MS_g(100);


    GPIO_LED_D4_Enable_g();
    GPIO_LED_D3_Enable_g();
    while(run)
    {
        Uart_Tasks(); //接收数据处理

        run = Tick_Tasks();
    }
    while(1)
    {
        Uart_Tasks(); //接收数据处理
    }
    return 0;
}

uint16_t countTick = 0;
uint8_t Tick_Tasks()
{
    countTick++;
    //晶振为80MHz
    //每隔800大约1ms
    if(countTick==800)
    {
        countTick=0;
        return Time_Tasks();
    }
    return 1;
}

uint16_t countTimer=0;
uint8_t Time_Tasks()
{
    countTimer++;
    if(countTimer==4000)
    {
        BOOTLOADER_GOTO_8000();
        return 0;
    }
    
    if(countTimer>4000)
        return 0;
    
    if(countTimer%500==0)
        GPIO_LED_D3_Toggle_g();
    
    return 1;
}

//串口接收任务
void Uart_Tasks()
{
    if(U2STAbits.URXDA==1)
    {
        uint8_t tmp = Uart_ReadByte();
        switch(dataIndex)
        {
            case 0:
                if(tmp==g_Bootloader_Receive_StartFlag[0]) //起始标识1
                {
                    receiveData[0] = g_Bootloader_Receive_StartFlag[0];
                    dataIndex = 1;
                }
                else
                    dataIndex = 0;
                break;
            case 1:
                if(tmp==g_Bootloader_Receive_StartFlag[1]) //起始标识2
                {
                    receiveData[1] = g_Bootloader_Receive_StartFlag[1];
                    dataIndex = 2;
                }
                else
                    dataIndex = 0;
                break;
            case 10:
                if(tmp==g_Bootloader_Receive_EndFlag[0])
                {
                    receiveData[dataIndex] = g_Bootloader_Receive_EndFlag[0];
                    dataIndex = 11;
                }
                else
                    dataIndex = 0;
                break;
            case 11:
                if(tmp==g_Bootloader_Receive_EndFlag[1])
                {
                    receiveData[dataIndex] = g_Bootloader_Receive_EndFlag[1];
                    
                    AfterBootloader_CmdType result = Bootloader_DataParse(receiveData,12);
                    //Uart_WriteByte_g(result);
                    switch(result)
                    {
                        case EntryBootloader:
                            break;
                        case Reset:
                            BOOTLOADER_SOFTWARE_RESET();
                            break;
                        case Data: //数据
                            countTimer = 4001; //出现数据即不跳转到用户程序，避免烧录用户程序时出现异常
                            //UserFlash_EraseIvtAndUserAppBlock();
                            UserFlash_DataParseAddrData(receiveData,12);
                            Uart_WriteBytes_g(g_Bootloader_DataReponse,12);
                            GPIO_LED_D3_Toggle_g();
                            break;
                        case DataEnd: //数据结束
                            GPIO_LED_D4_Enable_g();
                            GPIO_LED_D3_Enable_g();
                            Uart_WriteBytes_g(g_Bootloader_DataProgramEndReponse,12);
                            BOOTLOADER_SOFTWARE_RESET(); //数据刷新完毕，复位
                            break;
                        case CheckBootloader: //回馈正处于Bootloader中
                            Uart_WriteBytes_g(g_Bootloader_CheckBootloaderReponse,12);
                            break;
                        case Erase:
                            UserFlash_EraseIvtAndUserAppBlock();
                            Uart_WriteBytes_g(g_Bootloader_EraseFlashReponse,12);
                            break;
                        default:
                            break;
                    }

                }
                
                dataIndex = 0;
                break;
            default: 
                receiveData[dataIndex] = tmp; dataIndex++;
                break;
        }
    }
}

在数据处理上，由于dsPIC33EP256GP506只支持双指令字编程，所以我们接收到2个数据才会判断然后写入flash，考虑到最后肯定是配置字，而此处配置字是无法写入的，所以不考虑数据个数是否是奇数（奇数会导致最后一个数据漏写）情况了。

另外为保证复位启动时，程序始终跳转到Bootloader，所以用户程序的第一个指令字会被屏蔽，始终指向Bootloader。

FlashAddr_t m_LastAddr={.Uint32Addr=0x000002,}; //要写入的首地址，默认为2，即第一次判断认为上一次是第二个，非第一个，不用填充上一个，防止第一次误判
OneInstruction_t dataForWrite[2]; //存储要写入的2个指令字，每个指令字2个16位组成

//解析Hex文件
//0、1表示开头
//2表示类型
//3、4、5表示地址，高字节在前，最高字节无
//6、7、8、9表示数据，低字节在前
void UserFlash_DataParseAddrData(uint8_t *data, uint8_t length)
{
    FlashAddr_t addr;
    OneInstruction_t dataTmp;
    
    addr.Uint16Addr.HighAddr = data[3];
    addr.Uint16Addr.LowAddr = data[4]*256 + data[5];
    
    dataTmp.HighLowUINT16s.LowWord = data[6]+data[7]*256;
    dataTmp.HighLowUINT16s.HighWord = data[8] + data[9]*256;
   
    if(addr.Uint32Addr==0x00000000)
        dataTmp.UINT32 = 0x00040800; //发送过来的跳转指令不接受，默认总跳转到bootloader首地址
    
    if(addr.Uint16Addr.LowAddr%4==0) //本次地址是组内第一个数据
    {
        if(m_LastAddr.Uint16Addr.LowAddr%4==0) //上一次也是第一个，则先填充上一次第二个指令字，写入flash，然后本次重新开始
        {
            dataForWrite[1].UINT32 = 0xffffff; //上一组第二个指令字填充
            InnerFlash_WriteInstructionsToFlash(m_LastAddr,dataForWrite,2); //上一次数据组合后，写入2指令字
        }
        //上一次是第1个或者第2个，本次都要重新开始
        dataForWrite[0].UINT32 = dataTmp.UINT32; //本次为第一个指令字
        
    }
    else //本次地址是第二个
    {
        if(m_LastAddr.Uint16Addr.LowAddr%4==0) //上一次是第一个，要继续判断是否连续
        {
            if((addr.Uint32Addr-m_LastAddr.Uint32Addr)==2) //与上一次连续，填充到上一次的数据中，并写入2个指令字
            {
                dataForWrite[1].UINT32 = dataTmp.UINT32; //本次为第二个指令字
                InnerFlash_WriteInstructionsToFlash(addr,dataForWrite,2); //本次次数据组合后，写入2指令字
            }
            else //与上一次不连续，填充上一次的第二个指令字，然后填充本次的第一个指令字，同时两次共写入4个指令字
            {
                dataForWrite[1].UINT32 = 0xffffff; //上组第二个指令字填充
                InnerFlash_WriteInstructionsToFlash(m_LastAddr,dataForWrite,2); //上一次数据组合后，写入2指令字
                
                dataForWrite[0].UINT32 = 0xffffff; //填充本组第一个指令字
                dataForWrite[1].UINT32 = dataTmp.UINT32; //本组第二个指令字
                InnerFlash_WriteInstructionsToFlash(addr,dataForWrite,2); //本次次数据组合后，写入2指令字
            }
        }
        else//上一次也是第2个，将本次第一个指令字也填充，写入
        {
                dataForWrite[0].UINT32 = 0xffffff; //填充本组第一个指令字
                dataForWrite[1].UINT32 = dataTmp.UINT32; //本组第二个指令字
                FlashAddr_t addrTmp;
                addrTmp.Uint32Addr = addr.Uint32Addr-2; //键入地址要为本组第一个地址
                InnerFlash_WriteInstructionsToFlash(addrTmp,dataForWrite,2); //本次次数据组合后，写入2指令字，注意地址要减2
        }
    }
    
    //赋予本次地址
    m_LastAddr.Uint32Addr = addr.Uint32Addr;
    
    //为防止出现奇指令，所以
   

    //写入Flash，每4个一组，占2个指令字，第一个指令字-低字节、高字节，第二个指令字-低字节、高字节
    //Length必须为4的倍数数，双指令字写入模式
    //例如 data[4]={0xaa05,0x0011,0xaa06,0x0022};，存入0x004000，即0x004000存入0x11aa05,0x004002存入0x22aa06
    //InnerFlash_WriteTwoWordsFlash(addrHighLow,,m_DataTmp,8);
    
}

Bootloader虽然可以承担烧录工作，但是首次还是需要人工用JTAG将Bootloader写入MCU的Flash中。若是希望第一次直将Bootloader和User App集成，仅烧录一次，可参考一下方式：

合并Hex（Bootloader和Use App）

1、编译好Bootloader.hex和UserApp.hex，并假定Bootloader的首地址为0x800，UserApp的首地址为0x8000。

2、复制一份UserApp.hex，命名为UserAppWithBootloader.hex。

3、使用我们的上位机打开UserAppWithBootloader.hex（由于最后有校验码，不建议文本编辑器修改），修改首行第一个地址0x00048000为0x00040800，并保存。

4、用文本编辑器打开Bootloader.hex，复制:101000....（一般在42行，地址÷2=0x800，包含此地址）之后到:020000040005F5（不包含）之前的，所有的Bootloader程序代码。

5、用文本编辑器打开UserAppWithBootloader.hex，在:020000040001F9（一般在42行，线性地址偏移地址=(0x000001<<16÷2）之前回车，将刚刚复制的Bootloader程序填充到此处。

 

 

 

动图演示：

 

 

Hex解析工具源码下载地址：https://download.csdn.net/download/u010875635/10819828

 

 

本节到此结束，下一节讲述Bootloader上位机。