KEIL-51單片機實現自定義bootloader，用于程序更新

ID:611988 · 發表于 2020-4-12 09:38

本文原創作者: 少占魚大神
關于8051的bootloader實現方式

一，基本硬件需求

要實現IAP功能，需要51單片機可以在程序里修改代碼空間的Flash，或者至少可以修改用戶程序區的Flash，新出的51大部分都能滿足這個要求

二，空間劃分

一般bootloader位于單片機代碼空間的起始地址，用戶程序在后面。這個需要根據實際的需求來決定，bootloader功能簡單，就少占用一些，bootloader功能復雜的就多占用一些。除此之外，一般還要根據Flash的頁為界線劃分。附帶的工程模板里，bootloader使用0x0000-0x0fff區間，用戶程序使用0x1000以后的空間。

三，中斷的處理

51單片機的中斷入口一般位于0地址開始的區間，無法修改，但是根據上面的空間劃分方式，這個區間位于bootloader的范圍，是不能隨意更改的。所以代碼里用了一個軟件的方式對中斷入口做了重映射處理，后面將結合具體的代碼介紹實現方式。

四，Bootloader的處理

1，  建立工程的時候，選擇把Startup.a51添加到工程
2，  在Startup.a51里添加如下代碼：

ORG    0003H

                                 LJMP    2003H

                                 ORG    000BH

                                 LJMP    200BH

                                 ORG    0013H

                                 LJMP    2013H

                                 ORG    001BH

                                 LJMP    201BH

                                 ORG    0023H

                                 LJMP    2023H

                        ………………………….

根據具體型號的中斷數量和地址，添加中斷跳轉代碼，格式為ORG  XXH LJMP 2000+XXH,這樣做，是為了將中斷映射到用戶程序區的0x2000開始的空間，在用戶程序里，還要做一些對應的設置，后面將介紹。

3，  Bootloader的處理流程。Bootloader的主要作用一般是開機初始化，自檢和升級用戶程序，以及引導用戶程序。因為上面已經把中斷映射到用戶程序空間，所以bootloader里最好就不要用中斷了。

五，          用戶程序的處理。

1，  用戶程序的Startup.a51無特殊需求，可以根據需要選擇添加到工程，然后自己做修改，也可以不添加到工程，由編譯器連接一個默認的startup.a51

2，  用戶程序的所有普通函數和中斷函數也沒有特殊要求，可以按正常的方式編寫

3，  用戶程序的工程設置。因為用戶程序不再是從0地址開始，所以需要在工程設置里做定位處理：設置用代碼的范圍，定位用戶代碼入口地址。具體設定如下圖：

因為用戶代碼規劃到0x1000以后的空間，所以設置code range從0x1000開始

為了讓bootloader能準確跳到用戶程序入口，所以需要將C_C51STARTUP定位到0x1000位置。（C_STARTUP位于startup.a51里，它才是程序的真正入口，而不是main函數；另外，入口也并不是必須定位在這個位置，只要位于用戶代碼空間就可以）

4，中斷映射。在bootloader里，將中斷入口定位在了0x2000開始的空間，在用戶程序里，也必須做一個對應的設置。方法如下：

這樣處理之后，便完成了中斷的映射。當中斷發生時，會先進入位于bootloader里的硬件中斷入口，然后在那里跳轉到0x2000開始的一個軟件重定義的向量表，再跳轉到中斷入口函數。和沒有bootloader的方式比起來，這樣做會多一次LJMP跳轉，但是一般情況下影響不大。

關于bootloader存放位置：
備注：其實，最好是將bootloader程序放到最后，這樣，應用程序起始地址，中斷地址等不用設置，默認程序從0x0000h開始執行，然后用函數指針跳轉到bootloader 程序起始地址，讓其先執行。通過bootloader內部程序選擇是否升級應用程序還是直接跳轉回應用程序區執行。
若升級，就讀寫flash的應用程序部分。若不升級，就跳轉回應用程序繼續運行。

BOOTLOADER 程序舉例：

#include<reg52.h>

//用戶程序起始地址

#define USER_APP_ADDR 0x1000

char power_on_test(void);

char check_upgrade_request(void);

char upgrade(void);

void main(void)

{

//定義一個函數指針，用于跳轉到用戶程序

void (*boot)() = USER_APP_ADDR;

//bootloader里不能開啟中斷

EA = 0;

//添加系統初始化代碼

if(power_on_test()){//開機自檢

upgrade();

}

else if
(check_upgrade_request()){//檢查是否有升級需求

upgrade();

}

//如果不需要升級，或者升級已經完成，執行下面的代碼進入用戶程序

(*boot)();

//正常情況下不會運行到這里，以防萬一

while(1);

}

char power_on_test(void)

{

//添加開機自檢代碼，如果自檢錯誤，進入升級模式

return 0;

}

char check_upgrade_request(void)

{

//添加檢查用戶是否有升級要求的代碼，例如輸入命令或按下按鍵，如果有，則進入升級模式

return 0;

}

char upgrade(void)

{

//添加傳輸升級文件和升級用戶程序區的代碼

return 1;

}

用戶程序：

#include<reg52.h>

//main函數無特殊要求

void main(void)

{

while(1);

}

//中斷函數無特殊需求，可根據需求隨意添加

void UART_ISR(void) interrupt 4

{

return;

}
工程配置如下

六，關于升級文件

升級文件的傳輸可以根據需要使用任何方式，例如串口，網絡，USB，存儲卡等。升級文件的傳輸可以做在bootloader里，也可以做在用戶程序里，或者兩種方式都有。一般來說，bootloader的代碼比較簡單，不適合做復雜的傳輸方式。如果傳輸方式比較復雜，可以在用戶程序里傳輸升級文件，暫存到一個外部存儲器，然后跳轉到bootloader，讓bootloader從外部存儲器讀出并升級用戶程序。升級的時候要注意用戶代碼的范圍。

為了傳輸的可靠性，升級文件一般還會添加一個文件頭，里面包含一些基本的文件信息，例如長度，校驗等，這些可以通過編寫一些簡單的工具來完成。

               另外，推薦一些升級文件的傳輸方式，做bootloader的時候可以考慮

1，  串口。可以考慮使用XMODEM協議傳輸升級文件，因為這是一個比較標準的傳輸協議，很多現成的軟件可以支持，例如Windows下自帶的超級終端就可以實現（XP以后的系統沒有超級終端，但是也有一些別的軟件可以代替，例如SecureCRT）

2，  USB主機。可以用U盤方式升級。升級文件取一個特定文件名，放在特定位置，主機讀取到文件后自動升級

3，  USB從機。可以讓從機虛擬成一個U盤，PC把文件復制到這個虛擬U盤就完成升級。這樣就不需要編寫專門的升級軟件

4，  以太網。

a)       TFTP，這是標準的文件傳輸命令，Windows自帶，而且協議簡單

b)       Web。用網頁的方式，界面有好直觀，用網頁瀏覽器就可以實現，也不用單獨開發專用的升級軟件。

全部程序51hei下載地址：

關于8051的bootloader實現方式.rar (2.99 KB, 下載次數: 109)