基于PIC18單片機(jī)的新穎Bootloader設(shè)計

Bootloader是操作系統(tǒng)在內(nèi)核運(yùn)行之前運(yùn)行的一段小程序，其功能主要是完成軟硬件設(shè)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，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。通常，BootLoader是嚴(yán)重地依賴于硬件而實現(xiàn)的，特別是在嵌入式世界。因此，在嵌入式世界里建立一個通用的BootLoader幾乎是不可能的。

　　針對PIC18系列單片機(jī)，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(shè)計了一種新穎的Bootloader，并配套編寫了PC機(jī)端上位機(jī)界面程序。其特點(diǎn)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(jī)上電／復(fù)位后、用戶程序之前先運(yùn)行，運(yùn)行后判斷當(dāng)前是否需要進(jìn)入升級狀態(tài)。如果不需要升級，就直接運(yùn)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：

　?、賳蛹虞d模式，也稱為“內(nèi)核啟動”模式。即Bootloader從目標(biāo)機(jī)上的某個固態(tài)存儲設(shè)備上將操作系統(tǒng)加載到RAM中運(yùn)行，整個過程并沒有用戶的介入。

　?、谙螺d模式。在這種模式下，目標(biāo)機(jī)上的Bootloader將通過串口、網(wǎng)絡(luò)連接或者USB等，從上位機(jī)下載操作系統(tǒng)文件，然后保存到目標(biāo)機(jī)上的Flash類固態(tài)存儲設(shè)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(shè)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(jìn)入內(nèi)核，而是提示延時3 s，上位機(jī)用戶如果發(fā)送某些信息給目標(biāo)機(jī)，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(yīng)機(jī)器語言碼和／或常量數(shù)據(jù)的十六進(jìn)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(dāng)中數(shù)據(jù)字節(jié)的數(shù)量；地址域，它代表記錄當(dāng)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(dāng)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(dāng)中所有十六進(jìn)制編碼數(shù)字對應(yīng)的值相加，模除256，所得余數(shù)的補(bǔ)碼即校驗和。

　　1.3 Bootloader的設(shè)計

　　本文所設(shè)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?，并采用半雙工的通信模式，對錯誤幀進(jìn)行重傳。

　　主程序代碼如下：

　　主程序流程如圖1所示。下載系統(tǒng)映像文件并寫入程序存儲器的程序流程如圖2所示。