自己用C语言写单片机PIC16 serial bootloader

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　　为什么自己写bootloader

　　我的第一款自己的serial bootloader是为Microchip PIC16单片机写的UART bootloader，我命其名为HyperBootloader_PIC16. 为什么取这个名字，下面会讲。很多朋友可能会问为什么要自己写bootloader, 百度上一搜，有不少下载下来直接就可以用。比如ds30_Loader 就很不错，免费，还支持Microchip很多系列的单片机。是没错，但是网上搜到的bootloader用C语言写的少得可怜，或者不能用，或者不是用XC8编译的(Microchip 的C编译器)。它们绝大多数都是用汇编写的，包括ds30_Loader。对于不怎么用汇编的我感觉很头疼，这些bootloader也不太好修改，比如增加个自己需要的功能都比较困难。所以我决定自己用C语言写PIC16 serial bootloader。说干就干，本来以为是小菜一碟，没想到写一个稳定好用又节省空间的bootloader也不简单，这是后话。在讲如何实现自己的PIC16 serial bootloader之前，我先讲下serial bootloader的基础知识。如果不需要了解的，请跳过这部分。

　　Serial bootloader之ABC

　　Serial bootloader是一种非常方便使用并且低成本的程序烧写的方法。一般情况，每次烧写Microchip单片机我们都需要将烧录器PICKit3或ICD3接上目标板，然后在电脑上使用Microchip IPE或MPLAB X就可以直接烧写Hex文件到目标板中。使用serial bootloader 就可以不需要插拔烧录器，对开发工程师来讲非常的方便。Serial bootloader需要用到单片机的串口，所以单片机端需要如下硬件电路，其中DB9串口是和电脑的串口相连。

　　

　　Serial bootloader 和应用程序一样也是烧录到程序存储器中，serial bootloader 和应用程序在程序存储器中需要分开放置。所以serial bootloader一般有两种放置方式，一种是放置在程序存储器头部，另一种是放置在程序存储器底部，如下图所示。

 

　　Serial bootloader 可以使用烧录器PICkit3或ICD3烧到目标板上，之后更新应用程序就不需要烧录器了。目标板和电脑通过串口相连，电脑上运行一个串口通信程序，将应用程序的Hex文件通过串口传给serial bootloader, serial bootloader 再将接收到的Hex数据烧录到程序存储器的正确的位置上。接下来就是讲今天的主角HyperBootloader_PIC16——我自己写的第一款PIC16单片机C语言 serial bootloader。

　　HyperBootloader_PIC16

　　HyperBootloader_PIC16我是模仿HI-TECH的PICC bootloader，由于我是用XC8的编译器的，所以有很多改动。上面有提到bootloader在程序存储器中要么是在头部要么是在底部，而HyperBootloader_PIC16 是在程序存储器的底部。与它通信的电脑端的串口通信程序是超级终端——HyperTerminal. 这也是它命名的由来。

　　主要代码段

　　HyerBootloader_PIC16是一款用C语言写的只占很少空间的serial bootloader。不到0x200程序字空间. 实现逻辑也很简单，主要代码段如下。

/* receive a hex file via the serial port and write it to program memory */
    for(;;)        // loop until end of file
    {
        typedef union {
            unsigned int word;
            unsigned char byte[2];
        } wordbyte;
        static persistent unsigned char inx;
        static persistent BANKX wordbyte addr;

        while (comms_getch()!=':');    // wait for start of hex file line

        words2write = cksum = bytecount = getXbyte();    
        words2write >>= 1;           // convert byte count to word count
        addr.byte[1] = getXbyte();    // get the high byte of address
        addr.byte[0] = getXbyte();   // get the low byte of the address
        addr.word >>= 1;   // convert byte address to word address

        EEADR = addr.byte[0];
        EEADRH = addr.byte[1];
        if(addr.byte[1] == 0x21)    // unless this case,
            EEPGD = 0;              // when EEPROM should be selected
        else
        {
            EEPGD = 1;        // else destination is flash memory
    // ignore code that overlaps loader or data such as CONF/IDLOC
            #ifdef _BANK_ALIGNED
            if( addr.byte[1] >= (BOOT_START>>8) )
            {
            #else
            if( addr.word >= (BOOT_START) ){
            #endif
                while (!TRMT);
                TXREG='
';
                while (!TRMT);
                TXREG='
';
                continue;
            }
        }
        rectype = getXbyte();    // get the record type
        inx=0;
        while(bytecount--)
        {
            databuff[inx++]=getXbyte();    // read all bytes in this record
        }
        checksum();    // test the checksum of this record

        if(rectype==1)
        { // if this was an END record: prepare to run new program
            comms_puts("
Done
");
        #asm
            GOTO run_program
        #endasm
        }
        // else ... INHX8M data record
        ix=0;
        isStartup=0;

       // Initiate a write to memory - EEADR has already been loaded
        if (((tmpadrh=addr.byte[1])|(addr.byte[0] & 0xFC)) == 0)
        {    // is this address < 0004h?
            EEADRH = BOOT_START >> 8;    
        #ifndef _BANK_ALIGNED
            tmpadr = EEADR;
            EEADR = ((BOOT_START & 0xFF));
        #endif
            isStartup=1;    // Yes - this is the reset vector code of new app
        }
        #ifdef _WRITE_4_WORDS
        prewrite = EEADR & _FWMASK;
        EEADR &= ~_FWMASK;  // to start of flash-write boundary
        do
        {
        if(prewrite){
                prewrite--;
                RD=1;
                NOP();
                NOP();
        }else{
                EEDATA=databuff[ix++];
                EEDATH=databuff[ix++];
                if(words2write==0){
                        prewrite=((~EEADR)&_FWMASK);
                }
        }
        #else
        do
        {
            EEDATA=databuff[ix++];
            EEDATH=databuff[ix++];
        #endif
            while(WR);
            WREN=1;    // commit this word to flash
            EECON2=0x55;
            EECON2=0xAA;
            WR=1;            //initiate the write
            NOP();
            NOP();
            while (WR);
            WREN=0;
        #ifdef _BANK_ALIGNED
            if(isStartup && (EEADR==3)){
        #else
            if(isStartup && ((EEADR&3)==3)){
        #endif
            isStartup = 0;
            EEADRH = tmpadrh;    //swap back the address
        #ifndef _BANK_ALIGNED
            EEADR = (tmpadr|3);
        #endif
            }
            if(++EEADR == 0)
                EEADRH++;
        #ifdef _WRITE_4_WORDS
        }while((prewrite)||words2write--);
        #else
        }while(words2write--);
        #endif
    }

　　如何使用

　　1. 使用XC8编译HyperBootloader_PIC16， 由于HyperBootloader_PIC16将放在程序存储器底部，占0x200程序字，编译前，需先将Code Offset编译参数设到正确值。例如，某PIC16 单片机的程序存储器空间为0x2000程序字，Code Offset = 0x2000 - 0x200 = 0x1E00, 所以只需设置Code offset为1E00, 然后编译。

　　2. 使用pickit3烧录HyperBootloader_PIC16的Hex文件到目标板中。

　　3. 拔除pickit3烧录器，连接目标板与PC的串口，打开超级终端，设置如下：9600-8-None-1-None, Line Delay-20ms。

　　4. 重启目标板，超级终端会出现Booting... 字样。

　　5. 6秒内，在超级终端窗口中按下键盘上任何按键，会出现">"（6秒内没按键，会自动跳转到用户的应用程序中去）。

　　6. 打开Send Text File对话框，选择期望烧录的应用程序hex文件，点击确认， HyperBootloader会将接收到的数据传回到电脑超级终端上，并将数据烧录到目标板程序存储器的正确位置。

　　7. 烧录完毕，再次重启目标板,超级终端显示完Booting ......，就自动跳到应用程序中，目标板开始正常运行应用程序。

　　之后每次更新应用程序，只需重复步骤 4 ~ 7 就可以了。

　　效果展示

　　下面是我使用HyperBootloader_PIC16给PIC16F877A烧录应用程序的效果, HyperBootloader_PIC16会将接收到的数据先发送回电脑，同时再完成烧录。如果有问题，这样非常利于debug.

　　Booting.... >
　　:100000000A128A1104283FFF0A128A11522EFF1B7E
　　:10001000112883137F1883170008840A0319FF0A25
　　:1000200008007F087F398A000408840A0319FF0A40
　　:1000300082003FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF8C
　　:10020000533465347434743469346E346734203450
　　:1002100054344D3452343034203474346F342034F8
　　:10022000753473346534203469346E347434653411
　　:1002300072346E3461346C34203469346E34733407
　　:100240007434723475346334743469346F346E3496
　　:1002500020346334793463346C346534203463344B
　　:100260006C346F3463346B342E342E342E342E348D
　　:100270002E342E34203400347534743469346C34A4
　　:1002800069347A346134743469346F346E342034B0
　　:100290006F346E3420344D346934633472346F34C7
　　:1002A0006334683469347034203438342D34623423
　　:1002B0006934743420346D34693464342D347234C8
　　:1002C00061346E346734653420344D3443345534EE
　　:1002D000203450344934433431343634463438349D
　　:1002E0003734373441340D340A3400341B345B3432
　　:1002F00031343B34343430343B34333431346D3482
　　:1003000020344E344F34543445341B345B34313450
　　:100310003B34343430343B34333434346D3420346F
　　:1003200043344F344C344F3452341B345B34313407
　　:100330003B34343430343B34333432346D34203451
　　:100340004334483441344E34473445341B345B34F1
　　:1003500030346D3420340D340A3400342D342D34CF
　　:100360002D342D342D342D342D342D342D342D3485
　　:100370002D342D342D342D342D342D342D342D3475
　　:100380002D342D342D342D342D342D342D342D3465
　　:100390002D342D342D342D342D342D342D342D3455
　　:1003A0002D342D342D342D342D342D342D342D3445
　　:1003B0002D342D342D342D342D342D342D342D3435
　　:1003C0002D342D340D340A340034543468346934F7
　　:1003D00073342034703472346F346734723461345F
　　:1003E0006D342034693473342034613420347334F0
　　:1003F00069346D3470346C34653420346534783449
　　:1004000061346D3470346C34653420346F34663448
　　:100410002034733465347234693461346C3420347C
　　　　　　.

　　　　　　.

　　　　　　.
　　:100CA000FE0A452E8313E830FD000530FE00F930C2
　　:100CB000FF00A03084000A128A11452683010A121F
　　:100CC0008A115C2D20308316980090308312980092
　　:100CD000673083169900181508008C1E00341A0816
　　:100CE000F0008C1208003FFF3FFF3FFF3FFF3FFF38
　　:02400E
　　:00000001FF

　　Done

　　主要特性

　　HyperBootloader_PIC16有以下主要特性

　　1. C语言写的，XC8 编译（只有一点汇编在里面）。

　　2. 非常容易移植。

　　3. 支持FLASH烧写

　　4. 可支持EEPROM烧写。

　　5. 不支持CONFIG BITS/IDLOC 烧写, 保持应用程序的Configuration Bits和Bootloader的一致。

　　如果你有什么疑问，或有兴趣了解更多关于bootloader 的C语言实现，请加我QQ: 1273623966 （验证信息请填 bootloader 或 cnblogs)。

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