AVR之BOOTLOADER技術(shù)詳解

ATmega128具備引導加載支持的用戶程序自編程功能(In-System Programming by On-chipBoot Program)，它提供了一個真正的由MCU本身自動下載和更新（采用讀/寫同時"Read-While-Write"進行的方式）程序代碼的系統(tǒng)程序 自編程更新的機制。利用AVR的這個功能，可以實現(xiàn)在應用編程（IAP）以及實現(xiàn)系統(tǒng)程序的遠程自動更新的應用。
IAP的本質(zhì)就是，MCU可以靈活地運行一個常駐Flash的引導加載程序（Boot Loader Program），實現(xiàn)對用戶應用程序的在線自編程更新。引導加載程序的設(shè)計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，或者從程序存儲器中讀取 代碼，然后將代碼寫入（編程）到Flash存儲器中。
引導加載程序有能力讀寫整個Flash存儲器，包括引導加載程序所在的引導加載區(qū)本身。引導加載程序還可以對自身進行更新修改，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，以便用戶選擇對該段程序區(qū)的不同級別的保護。
本節(jié)將給出一個實際的的Boot Loader程序，它可以配合Windows中的超級終端程序，采用Xmodem傳輸協(xié)議，通過RS232接口下載更新用戶的應用程序。
5.2.1 基本設(shè)計思想
1． Boot Loader程序的設(shè)計要點
Boot Loader程序的設(shè)計是實現(xiàn)IAP的關(guān)鍵，它必須能過通過一個通信接口，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)計要點有：
（1）采用ATmega128的USART口實現(xiàn)與PC之間的簡易RS232三線通信；
（2） 采用Xmodem通信協(xié)議完成與PC機之間的數(shù)據(jù)交換；
（3）用戶程序更新完成后自動轉(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，代碼小于1K字。
2． Xmodem通信協(xié)議
Xmodem協(xié)議是一種使用撥號調(diào)制解調(diào)器的個人計算機通信中廣泛使用的異步文件運輸協(xié)議。這種協(xié)議以128字節(jié)塊的形式傳輸數(shù)據(jù)，并且每個塊都使用一個 校驗和過程來進行錯誤檢測。如果接收方關(guān)于一個塊的校驗和與它在發(fā)送方的校驗和相同時，接收方就向發(fā)送方發(fā)送一個認可字節(jié)。為了便于讀者閱讀程序，下面簡 要說明該協(xié)議的主要特點，有關(guān)Xmoden的完整的協(xié)議請參考其它相關(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)塊編號字節(jié)，每次加一；是前一字節(jié)的反碼；接下來是長度為128字節(jié)的數(shù)據(jù)塊；最后的是128字節(jié)數(shù)據(jù)的CRC校驗碼，長度為2個字節(jié)。
（3）接收端收到一個數(shù)據(jù)塊并校驗正確時，回送；接收錯誤回送；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)送下一個數(shù)據(jù)塊（packNO+1）；而收到則可再次重發(fā)上一個數(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個字節(jié)，用填滿一個數(shù)據(jù)塊。
（6） 控制字符"C"有特殊的作用，當發(fā)送端收到"C"控制字符時，它回重新開始以CRC校驗方式發(fā)送數(shù)據(jù)塊（packNO = 1）。
（7） 每發(fā)送一個新的數(shù)據(jù)塊
加1，加到OxFF后下一個數(shù)據(jù)塊的
為零。
（8） 校驗方式采用16位CRC校驗(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中實現(xiàn)的。
/*****************************************************
采用串行接口實現(xiàn)Boot_load應用的實例
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)時鐘16MHz
//計算和定義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