AVR單片機(jī)BootLoader功能應(yīng)用源碼與詳細(xì)介紹

ID:381977 · 發(fā)表于 2018-8-2 09:17

一、題目：

AVR單片機(jī)BootLoader功能應(yīng)用

二、特色芯片技術(shù)介紹、使用說明：

AVR單片機(jī)中多數(shù)Mega系列單片機(jī)具有片內(nèi)引導(dǎo)程序自編程功能即BootLoader功能。MCU 通過運(yùn)行一個(gè)常駐FLASH的BootLoader 程序，利用任何可用的數(shù)據(jù)接口讀取代碼后寫入自身的FLASH存儲(chǔ)器中，實(shí)現(xiàn)自編程目的。
BootLoader功能將FLASH程序存儲(chǔ)器其分為應(yīng)用程序區(qū)和引導(dǎo)加載區(qū)，通過設(shè)置熔絲位BOOTSZ0和BOOTSZ1可以配置不同大小的引導(dǎo)加載區(qū)空間；通過設(shè)置熔絲位BOOTRST用于設(shè)置復(fù)位向量，當(dāng)BOOTRST未被編程時(shí)器件復(fù)位后從應(yīng)用程序區(qū)首地址開始執(zhí)行，當(dāng)BOOTRST被編程時(shí)器件復(fù)位后從引導(dǎo)區(qū)首地址開始執(zhí)行。在設(shè)置好BOOTSZ0、BOOTSZ1和BOOTRST熔絲位后，需要把BootLoader程序定位并寫入到引導(dǎo)區(qū)中，其首地址由熔絲位ROOTSZ0和BOOTSZ1的編程狀態(tài)決定。在單片機(jī)上電復(fù)位后BootLoader程序開始執(zhí)行，BootLoader程序可以通過USART、TWI或其它方式從計(jì)算機(jī)或其它數(shù)據(jù)源讀取應(yīng)用程序代碼并寫入到應(yīng)用區(qū)中。
avr-libc提供一組C程序接口API來支持BootLoader功能，包含在<avr/boot.h>中，主要幾個(gè)宏有：
boot_page_erase ( address )：擦除FLASH指定頁，address是以字節(jié)為單位的FLASH地址。
boot_page_fill ( address, data )：填充BootLoader 緩沖頁，address為以字節(jié)為單位的緩沖頁地址（對mega8：0~64），而data是長度為兩個(gè)字節(jié)的字?jǐn)?shù)據(jù)，因此調(diào)用前address 的增量應(yīng)為2。此時(shí)data的高字節(jié)寫入到高地址，低字節(jié)寫入到低地址。
boot_page_write ( address )：boot_page_write執(zhí)行一次的SPM指令，將緩沖頁數(shù)據(jù)寫入到FLASH指定頁。
boot_rww_enable ( )：RWW區(qū)讀使能，根據(jù)自編程的同時(shí)是否允許讀FLASH存儲(chǔ)器。RWW（Read-While-Write）可同時(shí)讀寫區(qū)，在對RWW 區(qū)自編程即頁寫入或頁擦除時(shí)，由硬件鎖定RWW區(qū)，RWW區(qū)的讀操作被禁止，在對RWW區(qū)的編程結(jié)束后應(yīng)當(dāng)調(diào)用boot_rww_enable()使RWW區(qū)開放。

三、驅(qū)動(dòng)程序的流程圖

本應(yīng)用以實(shí)際使用的Mega系列單片機(jī)Mega168為例，說明AVR單片機(jī)BootLoader的功能應(yīng)用。BootLoader程序通過串口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，執(zhí)行讀、寫以及跳轉(zhuǎn)到FLASH應(yīng)用區(qū)的操作。單片機(jī)與計(jì)算機(jī)通信使用Xmodem通信協(xié)議，Xmodem通信協(xié)議見相關(guān)文檔。其程序流程如下圖。（可見附件中“流程圖.vsd”文件）

四、驅(qū)動(dòng)程序的源程序

對應(yīng)Mega168的BootLoader程序包括bootloader.c和bootloader.h。
源程序清單如下：（可見附件中“bootloader.c”和“bootloader.h”文件）

五、設(shè)計(jì)及調(diào)試技巧

BootLoader程序不使用中斷，以查詢的方式讀寫UART數(shù)據(jù)。退出BootLoader程序后程序指針跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用程序區(qū)首地址，如果要重新執(zhí)行BootLoader程序以加載應(yīng)用區(qū)程序，必須使用硬件復(fù)位。

六、典型問題及解決辦法

在程序升級過程中遇到多個(gè)模塊通過485總線連接在一起時(shí)，引起多個(gè)模塊響應(yīng)，造成誤擦除，升級不能成功，在硬件及Bootloader程序中設(shè)置升級條件，條件滿足時(shí)升級模塊程序，否則跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用程序區(qū)。

單片機(jī)源程序如下:

#include "bootloader.h"
//串口初始化
void ComInit(void)
{
UBRR0H = BAUDREG/256;
UBRR0L = BAUDREG%256;
UCSR0A = 0;
UCSR0B = (1 << RXEN0)|(1 << TXEN0);
UCSR0C = (1 << UCSZ00)|(1 << UCSZ01);
}
//使用定時(shí)器1：產(chǎn)生以毫秒為單位的時(shí)間
void TimerInit()
{
OCR1A = (unsigned int)(timeclk * (F_CPU / (1024 * 1000.0f)));
TCCR1A = 0;
TCCR1B = (1 << WGM12)|(1 << CS12)|(1 << CS10);
}
//更新一個(gè)Flash頁
void write_one_page(unsigned char *buf)
{
boot_page_erase(FlashAddr);
boot_spm_busy_wait();
for(pagptr = 0; pagptr < SPM_PAGESIZE; pagptr += 2)
{
boot_page_fill(pagptr, buf[pagptr] + (buf[pagptr + 1] << 8));
}
boot_page_write(FlashAddr);
boot_spm_busy_wait();
}
//跳轉(zhuǎn)到用戶程序
void quit()
{
boot_rww_enable();
(*((void(*)(void))PROG_START))();
}
//寫入數(shù)據(jù)到串口
void WriteCom(unsigned char dat)
{
#if RS485
RS485Enable();
#endif
UDR0 = dat;
while(!(UCSR0A & (1<<TXC0)));
UCSR0A |= (1<<TXC0);
#if RS485
RS485Disable();
#endif
}
//等待串口數(shù)據(jù)
unsigned char WaitCom()
{
while(!(UCSR0A & (1<<RXC0)));
return UDR0;
}
//向串口輸出字符串
void putstr(const char *str)
{
while(*str)
WriteCom(*str++);
WriteCom(0x0D);
WriteCom(0x0A);
}
//CRC校驗(yàn)
void crc16(unsigned char *buf, unsigned char n)
{
unsigned char j;
unsigned char i;
unsigned int crc, t;
crc = 0;
for(j = n; j > 0; j--)
{
crc = (crc ^ (((unsigned int) *buf) << 8));
for(i = 8; i > 0; i--)
{
t = crc << 1;
if(crc & 0x8000)
t = t ^ 0x1021;
crc = t;
}
buf++;
}
ch = crc / 256;
cl = crc % 256;
}
int main(void)
{
unsigned char cnt;
unsigned char packNO;
unsigned char crch, crcl;
unsigned char li;
asm volatile("cli": : );
wdt_enable(WDTO_1S);
TimerInit();
#if RS485
DDRREG(RS485PORT) |= (1 << RS485TXEn);
RS485Disable();
#endif
ComInit();
putstr(msg1);
cnt = TimeOutCnt;
cl = 0;
while(1)
{
if(TIFR1 & (1<<OCF1A))
{
TIFR1 |= (1 << OCF1A);
if(cl == CONNECTCNT)
break;
wdt_reset();
cnt--;
if(cnt == 0)
{
putstr(msg2);
quit();
}
}
if(DataInCom())
{
if(ReadCom() == KEY[cl])
cl++;
else
cl = 0;
}
}
putstr(msg3);
cnt = TimeOutCntC;
while(1)
{
if(TIFR1 & (1<<OCF1A))
{
TIFR1 |= (1 << OCF1A);
WriteCom(XMODEM_RWC) ;
wdt_reset();
cnt--;
if(cnt == 0)
{
putstr(msg2);
quit();
}
}
if(DataInCom())
{
if(ReadCom() == XMODEM_SOH)
break;
}
}
TCCR1B = 0;
packNO = 0;
bufptr = 0;
cnt = 0;
FlashAddr = 0;
do
{
packNO++;
ch = WaitCom();
cl = ~WaitCom();
if ((packNO == ch) && (packNO == cl))
{
for(li = 0; li < BUFFERSIZE; li++)
{
buf[bufptr++] = WaitCom();
}
crch = WaitCom();
crcl = WaitCom();
crc16(&buf[bufptr - BUFFERSIZE], BUFFERSIZE);
if((crch == ch) && (crcl == cl))
{
if(FlashAddr < BootStart)
{
while(bufptr > 0)
{
write_one_page(&buf[BUFSIZE - bufptr]);
FlashAddr += SPM_PAGESIZE;
bufptr -= SPM_PAGESIZE;
}
}
else
{
bufptr = 0;
}
WriteCom(XMODEM_ACK);
cnt = 0;
wdt_reset();
}
else
{
WriteCom(XMODEM_NAK);
cnt++;
}
}
……………………
…………限于本文篇幅余下代碼請從51黑下載附件…………

復(fù)制代碼

所有資料51hei提供下載:

AVR單片機(jī)BootLoader功能應(yīng)用.rar (88 KB, 下載次數(shù): 144)

ID:25103 · 發(fā)表于 2018-8-2 23:17

謝謝謝謝分享，頂一個(gè)！！

ID:85043 · 發(fā)表于 2019-3-15 16:26

學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)，
謝謝謝謝分享，頂一個(gè)！！

ID:455955 · 發(fā)表于 2019-10-31 23:28

多謝，多謝！

ID:108023 · 發(fā)表于 2019-11-24 16:07

謝謝分享正需要這個(gè)

ID:438099 · 發(fā)表于 2020-2-6 22:12

這方面資料比較少，謝謝樓主分享

ID:738095 · 發(fā)表于 2020-7-3 23:56

感謝分享，資料很不錯(cuò)

ID:413383 · 發(fā)表于 2020-8-6 22:09

感謝分享，資料很不錯(cuò)，以前知道用并口專用編程器，可用ISP, JTAG下載程序，單位有一臺(tái)特靈的冷機(jī)，有一個(gè)溫度傳感器壞了，廠家說不能自已換，要寫編號和代碼，廠家來的人換上新的溫度傳感器，用一永磁塊靠近傳感器，然后用電腦下載程序，后來把壞的傳感器拆開，里面是ATmega8a和485通信模塊，就奇怪ATmega8a怎么能通過RS232串口下載程序呢，后來查資料才知道要先下載BootLoader引導(dǎo)程序，這個(gè)還不會(huì)用

ID:81138 · 發(fā)表于 2021-1-29 09:30

我的Atmega32在Arduino Pro Mini 上無發(fā)刷BootLoader引導(dǎo)程序

ID:81138 · 發(fā)表于 2021-1-29 10:49

我的ATmega328適用次方法不

ID:128321 · 發(fā)表于 2024-7-4 14:58

我的ATmega328適用次方法不

ID:71233 · 發(fā)表于 2024-7-17 11:02

這個(gè)不知道是否適合于ATmega 16.

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AVR單片機(jī)BootLoader功能應(yīng)用源碼與詳細(xì)介紹

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