【经验分享】AN2295 bootloader文档解析（一）

只看该作者 · 2014-7-11 12:57

本帖最后由 FSL_TICS_A 于 2014-10-21 15:43 编辑

AN2295 bootloader文档解析

上个星期，KBOOT1.0.2版本终于release，着急等待的小伙伴可以去下载，而且在本届在深圳FTF研讨会上，就有FSL工程师对其进行了详细的介绍，大伙也可以去浏览一下。
而今天这个文档以FSL的AN2295—Developer’s Serial Boot loader应用手册为引子，跟大伙交流一下Bootloader的相关知识，不足之处，欢迎大家指正。好的闲话少叙，正式开整。

1. Bootloader

Ø Boot loader基本概念：

Boot loader是嵌入式系统上电启动时，执行的一小段引导加载程序，又称作固件。通过这段程序，可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用应用程序准备好正确的环境。其中Boot代码由MCU启动时执行的指令组成，而loader则指向MCU的Flash中新写入的应用程序。Bootloader是依赖于特定的硬件实现的，因此，在众多嵌入式产品中，目前还不可能实现通用的Boot loader。

Ø Bootloader优点：

Boot loader可以实现在不需要外部编程器的情况下，对嵌入式产品的应用代码进行更新升级，并且使得通过局域网或者Internet远程更新程序成为可能。由此可见，Boot loader功能对于嵌入式系统的广泛应用具有十分重要的意义。

Ø Bootloader代码特点：

1. 代码量尽可能小，尤其对于Flash空间很有限的MCU来说至关重要。

2. 应用代码更新通信接口所需引脚数要尽可能少。

3. Bootloader按照协定的接口接受、解析应用代码数据，然后写入到Flash中。

2. FC 协议

AN2295应用手册中的Bootloader程序运行流程如图1所示，Target与Host tool通信过程中以0xFC为应答信号，程序运行流程：首先，MCU根据开发者的预先设置，判断是进入Boot loader模式还是直接运行应用程序；当MCU进入Boot loader模式后，第一步要同步校准Target与Host tool两者的波特率，保证通信数据在两者之间能够正确的传输；接着Target接收Host tool传输过来的数据；然后按照预先协定好的IDENT(0x49)、ERASE(0x45)、WRITE(0x57)、READ(0x52)、Quit(0x51)指令操作，将应用程序写入到Flash对应地址内。

Ø 波特率同步校准

MCU作为Target上电复位后，开始初始化硬件模块，配置时钟模式和建立内存空间的映射图，串口的波特率配置也在此过程完成。但是实际波特率与期望值可能会有出入，所以为保证Target与Host tool之间实现准确无误的数据传输，需要进行波特率同步校准，同步校准步骤：首先，MCU按照配置完成的波特率发送ACK(0xFC)，作为Host tool的PC按照预先协定的波特率，接受从MCU过来的“ACK”，PC可接收数据的波特率容差范围为：33%~300%；接着，只要PC接收到非零的字节数据，马上按照预先协定的波特率发送ACK(0xFC)到MCU，当然MCU可接收数据的波特率容差范围跟PC一样，也为：33%~300%，如果MCU实际波特率与期望值有出入的话，接收到“0XFC”会不等于0xFC，表1所列即为MCU真实波特率与协定波特率不匹配情况下所接收到数据。然后，当MCU发觉接收到的“0XFC”与实际不符时，就不向PC发送ACK(0xFC)，PC由于在指定时间范围内未收到ACK，就会发送间断字节符，而间断字节符一般由10个连续周期的低电平组成，假设PC以波特率9600bps发送间断字节符，那么传输时间为10 x 104µs=1.04ms；最后，MCU检测接收间断字节符的时间，并与标准时间进行比较，跟着调整波特率的设置，直到MCU与PC两者的波特率同步校准成功，在此期间PC可能会多次发送间断字节符，波特率同步校准流程如图2所示。

表1 Target与Hosttool波特率不同，导致数据接收不匹配

1. 指令

Ident指令

当MCU与PC完成波特率同步校准并确立连接后，PC就会发送Ident(0x49) 指令， MCU接收Ident指令后，跟着将Bootloader的相关属性信息发送给PC，如Bootloader版本信息、应用程序的起始与结束地址、boot loader及应用程序的中断向量表地址等(如图3所示)，而且Boot loader版本不同，发送给PC的数据也会有所不同，如果使能CRC功能的话，还会在最后发送2 个字节的校验码。

图3Ident指令

Erase指令 PC发送Erase(0x45)指令，并紧跟2 个地址字节符，而MCU在接收到Erase(0x45)指令后，接着会擦写Flash中包含此地址的Block，如果使能CRC功能的话，还会在最后发送2 个字节的校验码；MCU在执行完擦写Flash操作后，则会发送ACK(0xFC)给MCU，具体流程如图4所示。

图4Erase指令

Write指令 PC发送Write(0x57)指令，并紧跟2个地址字节符，1个数据长度字节符及对应长度的数据字节符，如果使能CRC功能的话，还会在最后发送2 个字节的校验码。而MCU在接收到Write(0x57)指令后，识别出地址字节符和数据长度字节符，然后以地址字节符为起始地址，将所有的数据字节符写入到Flash中。MCU在执行完烧写Flash操作后，则会发送ACK(0xFC)给MCU，具体流程如图5所示。

图5Write指令

Read指令

PC发送Read(0x52)指令，并紧跟2个地址字节符，1个数据长度字节符，如果使能CRC功能的话，还会在最后发送2 个字节的校验码。而MCU在接收到Read(0x57)指令后，识别出地址字节符和数据长度字节符，接着向PC发送以地址字节符为起始地址，对应数据长度的数据字节符。具体流程如图6所示。