2020年09月16日 | KEIL-51单片机实现自定义bootloader，用于程序更新

本文原创作者: 少占鱼大神
关于8051的bootloader实现方式

一，基本硬件需求

要实现IAP功能，需要51单片机可以在程序里修改代码空间的Flash，或者至少可以修改用户程序区的Flash，新出的51大部分都能满足这个要求

二，空间划分

一般bootloader位于单片机代码空间的起始地址，用户程序在后面。这个需要根据实际的需求来决定，bootloader功能简单，就少占用一些，bootloader功能复杂的就多占用一些。除此之外，一般还要根据Flash的页为界线划分。附带的工程模板里，bootloader使用0x0000-0x0fff区间，用户程序使用0x1000以后的空间。

三，中断的处理

51单片机的中断入口一般位于0地址开始的区间，无法修改，但是根据上面的空间划分方式，这个区间位于bootloader的范围，是不能随意更改的。所以代码里用了一个软件的方式对中断入口做了重映射处理，后面将结合具体的代码介绍实现方式。

四，Bootloader的处理

1， 建立工程的时候，选择把Startup.a51添加到工程
2， 在Startup.a51里添加如下代码：

ORG      0003H

                                     LJMP     2003H

                                     ORG      000BH

                                     LJMP     200BH

                                     ORG      0013H

                                     LJMP     2013H

                                     ORG      001BH

                                     LJMP     201BH

                                     ORG      0023H

                                     LJMP     2023H

                           ………………………….

根据具体型号的中断数量和地址，添加中断跳转代码，格式为ORG  XXH   LJMP 2000+XXH,这样做，是为了将中断映射到用户程序区的0x2000开始的空间，在用户程序里，还要做一些对应的设置，后面将介绍。

3， Bootloader的处理流程。Bootloader的主要作用一般是开机初始化，自检和升级用户程序，以及引导用户程序。因为上面已经把中断映射到用户程序空间，所以bootloader里最好就不要用中断了。



五，用户程序的处理。

1， 用户程序的Startup.a51无特殊需求，可以根据需要选择添加到工程，然后自己做修改，也可以不添加到工程，由编译器连接一个默认的startup.a51

2， 用户程序的所有普通函数和中断函数也没有特殊要求，可以按正常的方式编写

3， 用户程序的工程设置。因为用户程序不再是从0地址开始，所以需要在工程设置里做定位处理：设置用代码的范围，定位用户代码入口地址。具体设定如下图：

因为用户代码规划到0x1000以后的空间，所以设置code range从0x1000开始

为了让bootloader能准确跳到用户程序入口，所以需要将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函数；另外，入口也并不是必须定位在这个位置，只要位于用户代码空间就可以）


4，  中断映射。在bootloader里，将中断入口定位在了0x2000开始的空间，在用户程序里，也必须做一个对应的设置。方法如下：


这样处理之后，便完成了中断的映射。当中断发生时，会先进入位于bootloader里的硬件中断入口，然后在那里跳转到0x2000开始的一个软件重定义的向量表，再跳转到中断入口函数。和没有bootloader的方式比起来，这样做会多一次LJMP跳转，但是一般情况下影响不大。

关于bootloader存放位置：
备注：其实，最好是将bootloader程序放到最后，这样，应用程序起始地址，中断地址等不用设置，默认程序从0x0000h开始执行，然后用函数指针跳转到bootloader 程序起始地址，让其先执行。通过bootloader内部程序选择是否升级应用程序还是直接跳转回应用程序区执行。
若升级，就读写flash的应用程序部分。若不升级，就跳转回应用程序继续运行。


BOOTLOADER 程序举例：

#include

//用户程序起始地址

#define USER_APP_ADDR        0x1000



char power_on_test(void);

char check_upgrade_request(void);

char upgrade(void);



void main(void)

{

//定义一个函数指针，用于跳转到用户程序

void (*boot)() = USER_APP_ADDR;

//bootloader里不能开启中断

EA = 0;

//添加系统初始化代码

if(power_on_test()){//开机自检

upgrade();

}

else if
(check_upgrade_request()){//检查是否有升级需求

upgrade();

}

//如果不需要升级，或者升级已经完成，执行下面的代码进入用户程序

(*boot)();

//正常情况下不会运行到这里，以防万一

while(1);

}



char power_on_test(void)

{

//添加开机自检代码，如果自检错误，进入升级模式

return 0;

}

char check_upgrade_request(void)

{

//添加检查用户是否有升级要求的代码，例如输入命令或按下按键，如果有，则进入升级模式

return 0;

}

char upgrade(void)

{

//添加传输升级文件和升级用户程序区的代码

return 1;

}


用户程序：

#include

//main函数无特殊要求

void main(void)

{

while(1);

}

//中断函数无特殊需求，可根据需求随意添加

void UART_ISR(void) interrupt 4

{



return;

}
工程配置如下
 

六，关于升级文件

升级文件的传输可以根据需要使用任何方式，例如串口，网络，USB，存储卡等。升级文件的传输可以做在bootloader里，也可以做在用户程序里，或者两种方式都有。一般来说，bootloader的代码比较简单，不适合做复杂的传输方式。如果传输方式比较复杂，可以在用户程序里传输升级文件，暂存到一个外部存储器，然后跳转到bootloader，让bootloader从外部存储器读出并升级用户程序。升级的时候要注意用户代码的范围。

为了传输的可靠性，升级文件一般还会添加一个文件头，里面包含一些基本的文件信息，例如长度，校验等，这些可以通过编写一些简单的工具来完成。

另外，推荐一些升级文件的传输方式，做bootloader的时候可以考虑

1 ，串口。可以考虑使用XMODEM协议传输升级文件，因为这是一个比较标准的传输协议，很多现成的软件可以支持，例如Windows下自带的超级终端就可以实现（XP以后的系统没有超级终端，但是也有一些别的软件可以代替，例如SecureCRT）

2， USB主机。可以用U盘方式升级。升级文件取一个特定文件名，放在特定位置，主机读取到文件后自动升级

3， USB从机。可以让从机虚拟成一个U盘，PC把文件复制到这个虚拟U盘就完成升级。这样就不需要编写专门的升级软件

4， 以太网。

a)TFTP，这是标准的文件传输命令，Windows自带，而且协议简单

b)Web。用网页的方式，界面有好直观，用网页浏览器就可以实现，也不用单独开发专用的升级软件。