2021年03月30日 | freescale飞思卡尔 HCS12 系列单片机bootloader详解（一）

　　最近在做freescale HCS12系列单片机的bootloader，毕竟是新手，对这方面的入门知识还是欠缺。尽管NXP官网已经有了相当丰富的文档与例程，可是无奈例程太过复杂，不知道如何下手第一行代码。这里先感谢经验丰富的某位高人醍醐灌顶的指导，为了让再入门的新学者能够有个参考，所以就将本次开发bootloader的过程学习过程记录下来以其能够对大家有所启发。因为本人自己也是新学者，所以有问题可以留言讨论。

　　这里单片机的bootloader与我们广义的Linux以及windows的bootloader是不同的。这种大型操作系统的bootloader是为了做操作系统与硬件之间的桥梁：初始化硬件系统、为操作系统的引导做准备。但是单片机的bootloader主要作用却是为烧录程序提供一种新的方式，即可以让单片机可以通过串口，蓝牙，CAN, LIN等通讯方式更新烧写在Flash中的程序以及参数。这样做的好处很多，比如一个串口烧录的bootloader可以通过串口向单片机的Flash烧录程序而不需要再额外用专用的烧录器来操作，丰富了修改程序的方式，使烧录更加方便。我们常使用的慧净51系列单片机以及Arduino能够通过一根简单的串口线就烧录程序原理都是如此，在这些板子出厂时的原程序是通过专门烧录器烧录的，但由于bootloader的存在，后续用户的程序就可以通过串口烧录。再比如单片机的bootloader在实际使用时可以远程更新单片机程序，为实用的场景提供程序更新的功能，尽管做到这一点对通用计算机非常简单，无非是卸载程序重新安装，但是对于Flash空间较小的单片机而言，就需要通过bootloader这样的程序来提供这种功能。

　　单片机的bootloader基本概念实际上也非常的简单，就是把单片机的存储空间（Memory，包括RAM以及Flash）都合理的分配。把Flash的程序存储空间分为bootloader区域以及user application区域。bootloader程序一般是不修改的，一次烧录后可以一直使用（当然也可以有bootloader程序自身的更新，但是原理是一样的），但是user application区域却是可以重复由bootloader修改的。这里的user application区域就是我们通常的应用代码，它是为了实现单片机的功能的主要代码。bootloader区域代码却是为了实现对user application区域的控制而存在的，它的程序逻辑是明确的：与上位机建立bootloader专用的通讯，通过串口等简单通讯方式修改Flash或者EEPROM中的程序内容，完成修改后跳出bootloader执行user application的程序内容。

　　这里笔者要假设读者对freescale的HCS12单片机有了一定程度的了解，关于Bootloader的内容以及文本中的部分实例程序均来自NXP公开的AN3275以及AN4258文档以及文档的样例程序，更多的介绍可以去NXP官网下载。

　　一个HCS12系列单片机的工程是由多个文件类型构成的。

　　.c ——程序文件

　　.h ——头文件

      .prm ——内存划分，内存块名称声明以及中断向量声明文件

      所以这里很明显的，开发bootloader最重要的就是对.prm文件进行操作了。这里使用AN3275的例程中prm文件

NAMES END

SEGMENTS

    //RAM = READ_WRITE 0x5000 TO 0x57FF;

    RAM = READ_WRITE 0x5000 TO 0x5322;

    FLASHROUTINES = READ_WRITE 0x5323 TO 0x53C8;  //157 bytes Flash_Cmd & Unsecure

    /* unbanked FLASH ROM */

    //ROM_4000 = READ_ONLY  0x4000 TO 0x7FFF;

    ROM_UPDATE = READ_ONLY 0xF000 TO 0xF0AF RELOCATE_TO 0xE000;     /*Update Section, 224 bytes*/

    ROM_ERASELOADER = READ_ONLY 0xF0B0 TO 0xF0BF;

    ROM_C000 = READ_ONLY  0xF0C0 TO 0xFE50;         /* Code may reach only up to 0xFE50 because of limitation on

                                                * the amount of Flash that is backed-up 

                                                */

    /* banked FLASH ROM */

/*    PAGE_3F = READ_ONLY  0x3F8000 TO 0x3FBFFF; not used: equivalent to ROM_C000 */

END

PLACEMENT

    _PRESTART,                   /* Used in HIWARE format: jump to _Startup at the code start */

    STARTUP,                     /* startup data structures */

    ROM_VAR,                     /* constant variables */

    STRINGS,                     /* string literals */

    VIRTUAL_TABLE_SEGMENT,       /* C++ virtual table segment */

    NON_BANKED,                  /* runtime routines which must not be banked */

    DEFAULT_ROM,

    COPY,                        /* copy down information: how to initialize variables */

                                 /* in case you want to use ROM_4000 here as well, make sure

                                    that all files (incl. library files) are compiled with the

                                    option: -OnB=b */

                                 INTO  ROM_C000/*, ROM_4000*/;

//    DEFAULT_ROM                  INTO  PAGE_30,PAGE_31,PAGE_32,PAGE_33,PAGE_34,PAGE_35,PAGE_36,PAGE_37,PAGE_38,PAGE_39,PAGE_3A,PAGE_3B,PAGE_3C,PAGE_3D;

    DEFAULT_RAM                  INTO  RAM;

    UPDATE_SECTION               INTO  ROM_UPDATE;

    ERASELOADER_SECTION          INTO  ROM_ERASELOADER;

    ROUTINESINRAM                INTO FLASHROUTINES;

END

ENTRIES

     vfnpUpdateFn;

     gi16FlashSecurity;

END

STACKTOP 0x53FF

VECTOR 0 _Startup /* reset vector: this is the default entry point for a C/C++ application. */

//VECTOR 0 Entry  /* reset vector: this is the default entry point for a Assembly application. */

//INIT Entry      /* for assembly applications: that this is as well the initialisation entry point */

　　这里主要先介绍内存划分的内容:

　　1）SEGMENTS关键词包含的内容是对Memory（存储空间）的分配，先看第一句：

RAM = READ_WRITE 0x5000 TO 0x5322;

　　这个第一句是将所有存储空间0x5000到0x5322的部分命名为RAM, 这部分的操作方式为读写（READ_WRITE）

    FLASHROUTINES = READ_WRITE 0x5323 TO 0x53C8;  //157 bytes Flash_Cmd & Unsecure

    /* unbanked FLASH ROM */

    //ROM_4000 = READ_ONLY  0x4000 TO 0x7FFF;

    ROM_UPDATE = READ_ONLY 0xF000 TO 0xF0AF RELOCATE_TO 0xE000;     /*Update Section, 224 bytes*/

    ROM_ERASELOADER = READ_ONLY 0xF0B0 TO 0xF0BF;

    ROM_C000 = READ_ONLY  0xF0C0 TO 0xFE50;

　　后面部分是一致的，关于RELOCATE_TO语句，help文档中搜索可以得到如下说明

Defining a Relocation Rule 

Use the relocation rule if a segment is moved to a different location at runtime. With the relocation rule, you instruct the linker to use different runtime addresses for all objects in a segment. 

当一个segment在运行时需要移动到一个不同的位置可以使用重定位规则。通过使用重定位规则，你可以指示连接器让某个segment中的程序在运行时使用不同的程序地址

This is useful when at runtime the code is copied and executed at a different address than the linked location. One example is a Flash programmer which must run out of RAM. Another example is a boot loader, which moves the actual application to a different address before running it. 

Specify a relocation rule as follows: 

RELOCATE_TO Address

Use