PIC18單片機的一種新穎的Bootloader設計

引言
Bootloader是操作系統(tǒng)在內(nèi)核運行之前運行的一段小程序，其功能主要是完成軟硬件設備初始化，建立內(nèi)存空間映射，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)，或者加載操作系統(tǒng)映像文件實現(xiàn)系統(tǒng)軟件升級。針對PIC18系列單片機，目前市面上僅存在HI-TECH公司提供的Bootloader程序，并且需要借助串口調(diào)試助手。本文基于Microchip公司的MPLAB軟件開發(fā)環(huán)境設計了一種新穎的Bootloader，并配套編寫了PC機端上位機界面程序。其特點是控制靈活，使用便利，系統(tǒng)升級安全可靠。

1 Bootloader的實現(xiàn)
1．1 Bootloader的操作模式
Bootloader在單片機上電／復位后、用戶程序之前先運行，運行后判斷當前是否需要進入升級狀態(tài)。如果不需要升級，就直接運行原有的程序；如果需要升級，首先擦除舊的程序，然后從串口接收用戶程序，同時寫入Flash中。Bootloader有2種操作模式：
①啟動加載模式，也稱為“內(nèi)核啟動”模式。即Bootloader從目標機上的某個固態(tài)存儲設備上將操作系統(tǒng)加載到RAM中運行，整個過程并沒有用戶的介入。
②下載模式。在這種模式下，目標機上的Bootloader將通過串口、網(wǎng)絡連接或者USB等，從上位機下載操作系統(tǒng)文件，然后保存到目標機上的Flash類固態(tài)存儲設備中。Bootloader的這種模式通常在第一次安裝內(nèi)核與根文件系統(tǒng)時被使用，此外，以后的系統(tǒng)更新也會使用Bootl-oader的這種工作模式。
本文設計的Bootloader同時支持這兩種工作模式，一開始啟動時處于正常的啟動加載模式，但并不立即啟動進入內(nèi)核，而是提示延時3 s，上位機用戶如果發(fā)送某些信息給目標機，則切換到下載模式，否則繼續(xù)啟動內(nèi)核。
1．2 Intel HEX文件
Intel HEX文件是由一行行符合Intel HEX文件格式的文本所構(gòu)成的ASCII文本文件。在Intel HEX文件中，每一行包含一個HEX記錄。這些記錄由對應機器語言碼和／或常量數(shù)據(jù)的十六進制編碼數(shù)字組成。每個記錄包含5個域：數(shù)據(jù)長度域，它代表記錄當中數(shù)據(jù)字節(jié)的數(shù)量；地址域，它代表記錄當中數(shù)據(jù)的起始地址；代表HEX記錄類型的域；數(shù)據(jù)域，它代表一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，一個記錄可以有許多數(shù)據(jù)字節(jié)，記錄當中數(shù)據(jù)字節(jié)的數(shù)量必須和數(shù)據(jù)長度域中指定的數(shù)字相符；校驗和域，它表示這個記錄的校驗和，通過將記錄當中所有十六進制編碼數(shù)字對應的值相加，模除256，所得余數(shù)的補碼即校驗和。
1．3 Bootloader的設計
本文所設計的Bootloader程序采用的編譯器是MPLAB軟件開發(fā)環(huán)境的mcc18編譯器，升級文件格式為Intel HEX格式。根據(jù)Intel HEX文件的格式，將文件內(nèi)容的每一行封裝成一幀，加上幀頭和幀尾以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕⒉捎冒腚p工的通信模式，對錯誤幀進行重傳。
主程序代碼如下：