基于PIC18單片機的新穎Bootloader設計

Bootloader是操作系統在內核運行之前運行的一段小程序，其功能主要是完成軟硬件設備初始化，建立內存空間映射，從而將系統的軟硬件環境帶到一個合適的狀態，或者加載操作系統映像文件實現系統軟件升級，以便為最終調用操作系統內核準備好正確的環境。通常，BootLoader是嚴重地依賴于硬件而實現的，特別是在嵌入式世界。因此，在嵌入式世界里建立一個通用的BootLoader幾乎是不可能的。

　　針對PIC18系列單片機，目前市面上僅存在HI-TECH公司提供的Bootloader程序，并且需要借助串口調試助手。本文基于Microchip公司的MPLAB軟件開發環境設計了一種新穎的Bootloader，并配套編寫了PC機端上位機界面程序。其特點是控制靈活，使用便利，系統升級安全可靠。

　　1 Bootloader的實現

　　1.1 Bootloader的操作模式

　　Bootloader在單片機上電／復位后、用戶程序之前先運行，運行后判斷當前是否需要進入升級狀態。如果不需要升級，就直接運行原有的程序；如果需要升級，首先擦除舊的程序，然后從串口接收用戶程序，同時寫入Flash中。Bootloader有2種操作模式：

　?、賳蛹虞d模式，也稱為“內核啟動”模式。即Bootloader從目標機上的某個固態存儲設備上將操作系統加載到RAM中運行，整個過程并沒有用戶的介入。

　?、谙螺d模式。在這種模式下，目標機上的Bootloader將通過串口、網絡連接或者USB等，從上位機下載操作系統文件，然后保存到目標機上的Flash類固態存儲設備中。Bootloader的這種模式通常在第一次安裝內核與根文件系統時被使用，此外，以后的系統更新也會使用Bootl-oader的這種工作模式。

　　本文設計的Bootloader同時支持這兩種工作模式，一開始啟動時處于正常的啟動加載模式，但并不立即啟動進入內核，而是提示延時3 s，上位機用戶如果發送某些信息給目標機，則切換到下載模式，否則繼續啟動內核。

　　1.2 Intel HEX文件

　　Intel HEX文件是由一行行符合Intel HEX文件格式的文本所構成的ASCII文本文件。在Intel HEX文件中，每一行包含一個HEX記錄。這些記錄由對應機器語言碼和／或常量數據的十六進制編碼數字組成。每個記錄包含5個域：數據長度域，它代表記錄當中數據字節的數量；地址域，它代表記錄當中數據的起始地址；代表HEX記錄類型的域；數據域，它代表一個字節的數據，一個記錄可以有許多數據字節，記錄當中數據字節的數量必須和數據長度域中指定的數字相符；校驗和域，它表示這個記錄的校驗和，通過將記錄當中所有十六進制編碼數字對應的值相加，模除256，所得余數的補碼即校驗和。

　　1.3 Bootloader的設計

　　本文所設計的Bootloader程序采用的編譯器是MPLAB軟件開發環境的mcc18編譯器，升級文件格式為Intel HEX格式。根據Intel HEX文件的格式，將文件內容的每一行封裝成一幀，加上幀頭和幀尾以確保數據傳輸的可靠性，并采用半雙工的通信模式，對錯誤幀進行重傳。

　　主程序代碼如下：

　　主程序流程如圖1所示。下載系統映像文件并寫入程序存儲器的程序流程如圖2所示。