【dsPIC33E】Bootloader（一）Bootloader的介绍与Flash结构

2020-05-17 来源：eefocus

对于嵌入式开发而言，Bootloader几乎与操作系统同等重要，它可以让我们摆脱MCU官方工具，定制自己的烧录工具，不仅提高产品辨识度，同时也大大减少了对外引脚数量（例如兼容通信的Uart或CAN等，而不需要另外接JTAG）。

要开发Bootloader，相对于普通程序，是有一定难度的，这其中涉及到MCU的工作原理、内部存储结构等，而且仅仅依靠C语言可能无法完成，有时需要配合汇编来精确执行特殊指令（例如Flash擦写）。

一般MCU的机器码都是存储在Flash中，MCU启动时PC指针会从内部Flash第一个地址开始读取指令运行，这个过程我们一般无法干涉。但由于我们写的代码存于Flash中，所以一旦从Flash启动，后续操作就完全可以由我们来指定，我们可以指定程序执行位置。

对于低端MCU来说，我们可以通过在Flash初始的位置设置指令，来启动内部不同flash区域的程序，以及烧写程序到这些flash区域，这些操作集合叫做Bootloader。Bootloader承担着用户程序的烧写以及跳转。

对于高级MCU或者CPU来说，可以轻松映射外部存储（外部Flash、U盘、硬盘等），MCU启动后，我们可以指定其从哪个存储启动，甚至通过通信接口接收数据存储到这些外部存储。这些操作集合在嵌入式操作系统中一般称之为UBoot，在PC中称之为BIOS，外部存储一般存放的是操作系统。

实际上上述两种功能是一样，后者相对复杂一点，此处我们着重讲述前者。

下图为通用MCU带Bootloader程序和用户程序的Flash存储结构：

常规Bootloader逻辑是这样的：

1、开机Goto到Bootloader的Main函数

2、判断是否有按键按下或者是否接收到通讯命令

3、若有操作，则停留在Bootloader，执行后续操作，例如烧录程序

4、若超过一定时间未有操作或者命令，进入用户程序

注意：

1、Bootloader应从Flash第二页之后开始，避免擦除编程中断向量表时，导致Bootloader缺失故障。

2、Bootloader中不要使用中断，因为Bootloader和用户程序共用中断向量表，更新用户软件会重新修改IVT。

以下详细介绍dsPIC33E系列Flash操作。

对于dsPIC33E系列，内部Flash存储如下，对于部分低端MCU，部分区域（例如附属闪存）是没有的，详细参考该MCU的Datasheet：

而以dsPIC33EP256GP506为例，很多空间被阉割了，实际flash结构如下：

下面讲讲如何在MCU运行时，对内部Flash进行擦除、编程（注意，建议不要对当前程序运行区域进行擦写，会导致运行异常）。

Flash编程相比于EEPROM，要麻烦不少。

Flash编程采用的方式是与模式，即编程时，将数据与Flash地址上的数据与操作。因此，如果一个地址上的数据位不是全都为1，那么编程该地址的结果就是错误的，所以我们在操作Flash时要有一个共识，即，同一个地址不应该被编程超过2次。我们可以在第二次编程前，将该地址所有数据位全部置1。

我们该如何在编程前将对应地址的数据位全部置1呢？

那就是擦除，Flash擦除会把对应区域的数据位全部置1。但是。。。擦除不能仅擦除一个地址的数据，而是必须擦除一页的数据，那么一页的大小是多少呢？是1024个指令字，一个指令字为32位（实际24位，高8位为虚字节，始终保持为0），由于dsPIC33E系列都是16位单片机，因此每个指令字占2个16位数据，占2个地址，实际擦除的地址跨度为2048，即0x800。假设我们擦除0x000000，实际会擦除0x000000-0x0007FF，擦除其中任意地址，都会擦除该页。

基于以上原因，若是我们要编程某部分flash数据，需要先将该页内所有数据读出来，然后擦除flash页，再修改读出来的数据，最后重新写入该页所有数据。

dsPIC33E系列编程功能体现在闪存控制寄存器NVMCON的NVMOP<3:0>中。通用功能如下，实际功能可能会有所阉割，参考对应数据手册。

编程时可以进行行编程、字编程、单个配置寄存器字节编程，一行为128个指令字，字编程为2个指令字，单个配置寄存器字节编程比较特殊，不需要擦除，可以直接编程，但需要注意的是，编程配置字时，时钟只能是FRC，不能带PLL。能否进行行编程依赖于写锁存器长度，写锁存器在0xFA0000处，部分长度只有2个指令字，所以无法进行行编程。

针对我们使用的示例单片机，dsPIC33EP256GP506，参考Datasheet我们发现：