在PIC18单片机中使用BootLoader在线升级

引 言

　　PIC单片机的BootLoader属于需要自己写程序的那种，可以根据自己的需要写出各种功能的BootLoader程序来。目前，比较常见的BootLoader程序有Microchip公司的C18版本和著名的PICC编译器厂商HI-TECH公司（以下简称HI-TECH）的PICC18版本。它们的相似之处在于都占用了系统的0x00～0x1FF的程序空间。Microchip的版本是用纯汇编写的，而HI-TECH的版本是用C语言编写的。

　　在PIC系列单片机中，只有PIC18系列和PIC16F87X系列的单片机才有IAP功能，才能够使用BootLoader功能。下面只介绍PIC18的BootLoader，PIC16F87X的BootLoader与它类似。

1 BootLoader程序的工作原理

　　BootLoader是一段引导程序，在单片机上电/复位后在用户程序之前先运行。运行后判断当前是否需要进入升级状态。如果不需要升级，就直接运行Flash中原有的程序；如果需要升级，首先擦除旧的程序，然后从串口接收用户程序，同时写入Flash中。接收数据时，需要进行校验，保证接收到的数据是正确的，避免将错误的程序写入到芯片中。

　　PIC18单片机只有一块Flash，可以在Flash的任何位置擦写（甚至可以将BootLoader自身擦除）；而51单片机一般都是两块Flash，只能够从一块Flash上擦写另一块Flash，而不能擦写自身。

　　BootLoader程序原则上是可以放在整个程序空间中的任何位置的，但是为了简单方便、具有通用性和尽量减少对用户程序的影响，使用了从0x00开始的一段程序空间。

　　BootLoader程序可以多种方式获取数据，包括串口、并口、I2C、SPI、USB等；但是从实际使用来看，使用串口无疑是最方便的。

　　为了使得用户程序可以获得最大的程序空间，就需要BootLoader程序尽可能的简短。在这里，Microchip和HI-TECH都将BootLoader程序设计为小于200H个字节（100H个字）。使用0x00～0x1FF这个区域还有一个重要原因是，这个地址的空间有特殊的写保护特性。

　　PIC18单片机虽然有多个中断源，但只支持两级中断，有两个中断向量，分别位于0x08和0x18；而BootLoader程序占用了0x00～0x1FF的空间，这意味着需要重新定位中断向量，使新的中断向量指向用户的中断程序，这样才能保证正常运行用户程序的中断程序。

2 程序的使用方法

　　（1） HI-TECH的BootLoader程序

　　在HI-TECH的PICC18编译器的examples文件夹下，有一个Bootldr子文件夹，里面就是HI-TECH的BootLoader程序。这是一个完整的程序，可以直接进行编译，编译后的HEX可以用编程器下载到芯片中。

　　（2） 用户系统的要求

　　如果需要使用BootLoader，要求用户系统中有一个RS232串口可以和计算机进行通信。

　　（3） 程序的配置

　　下面是程序的主要参数，如果它们设置得不正确，会影响程序的使用。

　　VERB0：冗余模式，有更多的提示，但是会占用更多的程序空间，建议不用。
　　BOOT_TIMEOUT：等待超时的时间，0～9s（再长了也没有意义），默认为5s。
　　BAUD：串口通信的波特率，默认是9 600。
　　FOSC：用户系统的时钟频率，默认是4 MHz。
　　NINE：通信是否使用第9位数据位，默认不使用。?
　　FILL_BYTE：程序空间擦除时使用的填充数据，默认值是0xFF。?
　　PROG_START：用户程序的起始位置，默认是0x200。?
　　其他的参数可以先不用管，在需要时再修改，它们不影响通信和下载。

　　（4） 程序的编译

　　有两种方法对BootLoader程序进行编译：

　　① 命令行方式。使用命令行时，典型的用法是：?
　　picc18 -8f452 bootldr.c -o -zg -noerrata?
　　上面的最后一个参数 -noerrata是PIC18Fxx2系列单片机需要的，若是其他型号，就不用加入；而参数 -18f452是指定单片机的型号，如果是其他型号，就修改为实际使用的型号。


　　② 使用MPLAB IDE。使用MPLAB IDE时，首先按照正常方式建立一个新的工程文件，选择工程文件目录，然后加入HI-TECH的SamplesBootldr目录下文件bootldr.c和bootldr.h。建立工程文件时，选择MCU的型号为实际使用的型号，选择C编译器为HI-TECH的PICC18编译器。

　　（5） 用户程序的配置

　　使用HI-TECH版本的BootLoader，对用户程序的修改是非常少和简单的，只需要修改用户程序的偏移量就可以了，而不需要修改任何程序代码或进行任何特殊的配置。因为BootLoader程序需要占用0～1FFH的空间，所以用户程序需要从200H处开始运行，即设置程序的偏移量为200H。方法是在MPLAB IDE中，从菜单中选择Project→Build Options...→Project，在PICC-18 Linker页标下的Specify offset for ROM（ROM代码偏移量）中输入偏移量200（注意这里输入的已经是十六进制了，不用再转换），如图1所示。

　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图 1

　　（6） 程序配置字

　　对于每个PIC单片机的芯片，都需要设置正确的程序配置字后才能正常运行。虽然在BootLoader中是可以修改配置字的，但是这样并不安全，也不方便。一般情况下，程序配置字设定后是不需要修改的，所以配置字在烧写BootLoader程序时就一起写入单片机芯片，以后就只使用BootLoader来升级(烧写)程序，这样不会破坏芯片的配置字。

　　（7） 调试用户程序

　　平时，在编写和调试用户程序时，还是和正常方式一样，单片机中不包含BootLoader程序，也不设置偏移量（或者设置为0），以方便使用ICD2等仿真器进行程序仿真。等程序调试好后，再修改程序的偏移量为200H，并重新编译程序，产生最终的用户HEX代码。这样编译好的程序才可以使用BootLoader进行下载。

　　（8） 下载用户程序
　　　　
　　使用HI-TECH的BootLoader程序，在下载用户程序到单片机中时，可以不需要特殊的下载程序，只需要使用Windows自带的超级终端程序就可以了。超级终端的通信参数需要设置成和BootLoader程序的一样，包括波特率、校验、数据位、停止位等。

　　首先连接好串口线，再启动超级终端程序，然后复位单片机（单片机中应当已经写入了BootLoader程序）。这时，在超级终端的窗口中会显示出一个倒计时的计数器，计数器的初始值就是上面的BOOT_TIMEOUT参数。计数器每秒钟刷新一次。当计数器为0时，就会运行以前的程序。如果这期间从超级终端输入任意数据（就是随便按一个键，或者说单片机从串口上接收任意数据），计数器就会停止计数，进入升级状态。这时BootLoader程序会首先擦除旧的程序空间，然后屏幕上会显示出一个冒号“：”，提示等待下载用户程序。这时就可以从超级终端的菜单中选取传送→发送文本文件，选择编译好的HEX文件即可。如果下载成功，超级终端的窗口中会显示出一个小括号“)”，提示下载已经完成，同时用户程序会自动开始运行。使用BootLoader下载时，因为串口的速度相对比较慢（与编程器相比），所以需要等待一会儿。具体时间与用户程序的大小有关。如果下载中出现错误，单片机会自动复位，进入倒计数状态，重复上面的过程。使用超级终端比较简单，不需要特殊的下载软件；但是缺乏交互性，没有进程指示，如果下载过程中出现错误也不能停止下来。