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KEIL-51单片机实现自定义bootloader,用于程序更新

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本文原创作者: 少占鱼大神
关于8051的bootloader实现方式

一, 基本硬件需求

要实现IAP功能,需要51单片机可以在程序里修改代码空间的Flash,或者至少可以修改用户程序区的Flash,新出的51大部分都能满足这个要求

二,空间划分

一般bootloader位于单片机代码空间的起始地址,用户程序在后面。这个需要根据实际的需求来决定,bootloader功能简单,就少占用一些,bootloader功能复杂的就多占用一些。除此之外,一般还要根据Flash的页为界线划分。附带的工程模板里,bootloader使用0x0000-0x0fff区间,用户程序使用0x1000以后的空间。

三,中断的处理

51单片机的中断入口一般位于0地址开始的区间,无法修改,但是根据上面的空间划分方式,这个区间位于bootloader的范围,是不能随意更改的。所以代码里用了一个软件的方式对中断入口做了重映射处理,后面将结合具体的代码介绍实现方式。

四,Bootloader的处理

1,  建立工程的时候,选择把Startup.a51添加到工程
2,  在Startup.a51里添加如下代码:

ORG      0003H

                                     LJMP     2003H

                                     ORG      000BH

                                     LJMP     200BH

                                     ORG      0013H

                                     LJMP     2013H

                                     ORG      001BH

                                     LJMP     201BH

                                     ORG      0023H

                                     LJMP     2023H

                           ………………………….

根据具体型号的中断数量和地址,添加中断跳转代码,格式为ORG  XXH   LJMP 2000+XXH,这样做,是为了将中断映射到用户程序区的0x2000开始的空间,在用户程序里,还要做一些对应的设置,后面将介绍。

3,  Bootloader的处理流程。Bootloader的主要作用一般是开机初始化,自检和升级用户程序,以及引导用户程序。因为上面已经把中断映射到用户程序空间,所以bootloader里最好就不要用中断了。



五,             用户程序的处理。

1,  用户程序的Startup.a51无特殊需求,可以根据需要选择添加到工程,然后自己做修改,也可以不添加到工程,由编译器连接一个默认的startup.a51

2,  用户程序的所有普通函数和中断函数也没有特殊要求,可以按正常的方式编写

3,  用户程序的工程设置。因为用户程序不再是从0地址开始,所以需要在工程设置里做定位处理:设置用代码的范围,定位用户代码入口地址。具体设定如下图:

因为用户代码规划到0x1000以后的空间,所以设置code range从0x1000开始

为了让bootloader能准确跳到用户程序入口,所以需要将C_C51STARTUP定位到0x1000位置。(C_STARTUP位于startup.a51里,它才是程序的真正入口,而不是main函数;另外,入口也并不是必须定位在这个位置,只要位于用户代码空间就可以)


4,  中断映射。在bootloader里,将中断入口定位在了0x2000开始的空间,在用户程序里,也必须做一个对应的设置。方法如下:


这样处理之后,便完成了中断的映射。当中断发生时,会先进入位于bootloader里的硬件中断入口,然后在那里跳转到0x2000开始的一个软件重定义的向量表,再跳转到中断入口函数。和没有bootloader的方式比起来,这样做会多一次LJMP跳转,但是一般情况下影响不大。

关于bootloader存放位置:
备注:其实,最好是将bootloader程序放到最后,这样,应用程序起始地址,中断地址等不用设置,默认程序从0x0000h开始执行,然后用函数指针跳转到bootloader 程序起始地址,让其先执行。通过bootloader内部程序选择是否升级应用程序还是直接跳转回应用程序区执行。
若升级,就读写flash的应用程序部分。若不升级,就跳转回应用程序继续运行。


BOOTLOADER 程序举例:

#include<reg52.h>

//用户程序起始地址

#define USER_APP_ADDR        0x1000



char power_on_test(void);

char check_upgrade_request(void);

char upgrade(void);



void main(void)

{

//定义一个函数指针,用于跳转到用户程序

void (*boot)() = USER_APP_ADDR;

//bootloader里不能开启中断

EA = 0;

//添加系统初始化代码

if(power_on_test()){//开机自检

upgrade();

}

else if
(check_upgrade_request()){//检查是否有升级需求

upgrade();

}

//如果不需要升级,或者升级已经完成,执行下面的代码进入用户程序

(*boot)();

//正常情况下不会运行到这里,以防万一

while(1);

}



char power_on_test(void)

{

//添加开机自检代码,如果自检错误,进入升级模式

return 0;

}

char check_upgrade_request(void)

{

//添加检查用户是否有升级要求的代码,例如输入命令或按下按键,如果有,则进入升级模式

return 0;

}

char upgrade(void)

{

//添加传输升级文件和升级用户程序区的代码

return 1;

}


用户程序:

#include<reg52.h>

//main函数无特殊要求

void main(void)

{

while(1);

}

//中断函数无特殊需求,可根据需求随意添加

void UART_ISR(void) interrupt 4

{



return;

}
工程配置如下


六,关于升级文件

升级文件的传输可以根据需要使用任何方式,例如串口,网络,USB,存储卡等。升级文件的传输可以做在bootloader里,也可以做在用户程序里,或者两种方式都有。一般来说,bootloader的代码比较简单,不适合做复杂的传输方式。如果传输方式比较复杂,可以在用户程序里传输升级文件,暂存到一个外部存储器,然后跳转到bootloader,让bootloader从外部存储器读出并升级用户程序。升级的时候要注意用户代码的范围。

为了传输的可靠性,升级文件一般还会添加一个文件头,里面包含一些基本的文件信息,例如长度,校验等,这些可以通过编写一些简单的工具来完成。



                   另外,推荐一些升级文件的传输方式,做bootloader的时候可以考虑

1,  串口。可以考虑使用XMODEM协议传输升级文件,因为这是一个比较标准的传输协议,很多现成的软件可以支持,例如Windows下自带的超级终端就可以实现(XP以后的系统没有超级终端,但是也有一些别的软件可以代替,例如SecureCRT)

2,  USB主机。可以用U盘方式升级。升级文件取一个特定文件名,放在特定位置,主机读取到文件后自动升级

3,  USB从机。可以让从机虚拟成一个U盘,PC把文件复制到这个虚拟U盘就完成升级。这样就不需要编写专门的升级软件

4,  以太网。

a)        TFTP,这是标准的文件传输命令,Windows自带,而且协议简单

b)        Web。用网页的方式,界面有好直观,用网页浏览器就可以实现,也不用单独开发专用的升级软件。

全部程序51hei下载地址:
关于8051的bootloader实现方式.rar (2.99 KB, 下载次数: 23)



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zhai1461961500 + 15 很给力!
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沙发
zhai1461961500 发表于 2020-4-21 11:30 | 只看该作者
很有启发,谢谢
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板凳
zhai1461961500 发表于 2020-4-25 09:53 | 只看该作者
楼主有没有源码文件?我研究了好久没明白,想借鉴下!
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地板
花开花落12334 发表于 2020-9-13 20:37 | 只看该作者
还是很有参考价值的
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