AVR之BOOTLOADER技術(shù)詳解

ATmega128具備引導(dǎo)加載支持的用戶程序自編程功能(In-System Programming by On-chipBoot Program)，它提供了一個(gè)真正的由MCU本身自動(dòng)下載和更新（采用讀/寫同時(shí)"Read-While-Write"進(jìn)行的方式）程序代碼的系統(tǒng)程序 自編程更新的機(jī)制。利用AVR的這個(gè)功能，可以實(shí)現(xiàn)在應(yīng)用編程（IAP）以及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)程序的遠(yuǎn)程自動(dòng)更新的應(yīng)用。
IAP的本質(zhì)就是，MCU可以靈活地運(yùn)行一個(gè)常駐Flash的引導(dǎo)加載程序（Boot Loader Program），實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶應(yīng)用程序的在線自編程更新。引導(dǎo)加載程序的設(shè)計(jì)可以使用任何的可用的數(shù)據(jù)接口和相關(guān)的協(xié)議讀取代碼，或者從程序存儲(chǔ)器中讀取 代碼，然后將代碼寫入（編程）到Flash存儲(chǔ)器中。
引導(dǎo)加載程序有能力讀寫整個(gè)Flash存儲(chǔ)器，包括引導(dǎo)加載程序所在的引導(dǎo)加載區(qū)本身。引導(dǎo)加載程序還可以對(duì)自身進(jìn)行更新修改，甚至可以將自身刪除，使系 統(tǒng)的自編程能力消失。引導(dǎo)加載程序區(qū)的大小可以由芯片的熔絲位設(shè)置，該段程序區(qū)還提供兩組鎖定位，以便用戶選擇對(duì)該段程序區(qū)的不同級(jí)別的保護(hù)。
本節(jié)將給出一個(gè)實(shí)際的的Boot Loader程序，它可以配合Windows中的超級(jí)終端程序，采用Xmodem傳輸協(xié)議，通過RS232接口下載更新用戶的應(yīng)用程序。
5.2.1 基本設(shè)計(jì)思想
1． Boot Loader程序的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
Boot Loader程序的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)IAP的關(guān)鍵，它必須能過通過一個(gè)通信接口，采用某種協(xié)議正確的接收數(shù)據(jù)，再將完整的數(shù)據(jù)寫入到用戶程序區(qū)中。本例Boot Loader程序的設(shè)計(jì)要點(diǎn)有：
（1）采用ATmega128的USART口實(shí)現(xiàn)與PC之間的簡(jiǎn)易R(shí)S232三線通信；
（2） 采用Xmodem通信協(xié)議完成與PC機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換；
（3）用戶程序更新完成后自動(dòng)轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行；
（4） Boot Loader程序采用C語言內(nèi)嵌AVR匯編方式編寫，閱讀理解方便，可移植性強(qiáng)，代碼小于1K字。
2． Xmodem通信協(xié)議
Xmodem協(xié)議是一種使用撥號(hào)調(diào)制解調(diào)器的個(gè)人計(jì)算機(jī)通信中廣泛使用的異步文件運(yùn)輸協(xié)議。這種協(xié)議以128字節(jié)塊的形式傳輸數(shù)據(jù)，并且每個(gè)塊都使用一個(gè) 校驗(yàn)和過程來進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)。如果接收方關(guān)于一個(gè)塊的校驗(yàn)和與它在發(fā)送方的校驗(yàn)和相同時(shí)，接收方就向發(fā)送方發(fā)送一個(gè)認(rèn)可字節(jié)。為了便于讀者閱讀程序，下面簡(jiǎn) 要說明該協(xié)議的主要特點(diǎn)，有關(guān)Xmoden的完整的協(xié)議請(qǐng)參考其它相關(guān)的資料。
（1） Xmodem的控制字符： 01H、 04H、 06H、 15H、 18H、 1AH。
（2） Xmodem傳輸數(shù)據(jù)塊格式："
個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)塊...> "。其中為起始字節(jié)；
為數(shù)據(jù)塊編號(hào)字節(jié)，每次加一；是前一字節(jié)的反碼；接下來是長(zhǎng)度為128字節(jié)的數(shù)據(jù)塊；最后的是128字節(jié)數(shù)據(jù)的CRC校驗(yàn)碼，長(zhǎng)度為2個(gè)字節(jié)。
（3）接收端收到一個(gè)數(shù)據(jù)塊并校驗(yàn)正確時(shí)，回送；接收錯(cuò)誤回送；而回送表示要發(fā)送端停止發(fā)送。
（4） 發(fā)送端收到后，可繼續(xù)發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)塊（packNO+1）；而收到則可再次重發(fā)上一個(gè)數(shù)據(jù)塊。
（5）發(fā)送端發(fā)送表示全部數(shù)據(jù)發(fā)送完成。如果最后需要發(fā)送的數(shù)據(jù)不足128個(gè)字節(jié)，用填滿一個(gè)數(shù)據(jù)塊。
（6） 控制字符"C"有特殊的作用，當(dāng)發(fā)送端收到"C"控制字符時(shí)，它回重新開始以CRC校驗(yàn)方式發(fā)送數(shù)據(jù)塊（packNO = 1）。
（7） 每發(fā)送一個(gè)新的數(shù)據(jù)塊
加1，加到OxFF后下一個(gè)數(shù)據(jù)塊的
為零。
（8） 校驗(yàn)方式采用16位CRC校驗(yàn)(X^16 + X^12 + X^5 + 1)。
5.2.2 源程序代碼
下面給出的源程序是在ICCAVR中實(shí)現(xiàn)的。
/*****************************************************
采用串行接口實(shí)現(xiàn)Boot_load應(yīng)用的實(shí)例
華東師大電子系 馬 潮 2004.07
Compiler: ICC-AVR 6.31
Target: Mega128
Crystal: 16Mhz
Used: T/C0,USART0
*****************************************************/
#include
#define SPM_PAGESIZE 256 //M128的一個(gè)Flash頁為256字節(jié)(128字)
#define BAUD 38400 //波特率采用38400bps
#define CRYSTAL 16000000 //系統(tǒng)時(shí)鐘16MHz
//計(jì)算和定義M128的波特率設(shè)置參數(shù)
#define BAUD_SETTING (unsigned char)((unsigned long)CRYSTAL/(16*(unsigned long)BAUD)-1)
#define BAUD_H (unsigned char)(BAUD_SETTING>>8)
#define BAUD_L (unsigned char)BAUD_SETTING
#define DATA_BUFFER_SIZE SPM_PAGESIZE //定義接收緩沖區(qū)長(zhǎng)度
//定義Xmoden控制字符
#define XMODEM_NUL 0x00
#define XMODEM_SOH 0x01
#define XMODEM_STX 0x02
#define XMODEM_EOT 0x04
#define XMODEM_ACK 0x06
#define XMODEM_NAK 0x15
#define XMODEM_CAN 0x18
#define XMODEM_EOF 0x1A
#define XMODEM_RECIEVING_WAIT_CHAR C
//定義全局變量
const char startupString[]="Type d download, Others run app.nr