近期有一个需求就是为Arduino开发板做一个基于蓝牙的无线烧录程序。眼下的Arduino程序都是通过USB线连接到电脑的主机上，实际的传输过程是基于USB协议的，这个过程还是比較麻烦的。由于每次的编译完以后都须要通过一个USB线来完毕传输烧录的工作，这个还是非常麻烦的。
原理解读
在Arduino中。利用USB来完毕传输烧录大概是这么一个过程。
每一个Arduino源程序。即sketch文件，经过一系列的编译处理以后。终于会形成一个Intel HEX格式的文件。这个HEX文件事实上就一个被封装好的数据包，包括头部、长度、偏移量、数据类型、数据和校验和等6个字段。
再利用USB协议传输这个数据包，再通过板子上已有的bootloader程序把这个HEX文件里的有效字节码写到板子上的Flash存储器中。就是由于这个bootloader程序的存在。才使得多数的单片机具有片内引导程序自编程功能。MCU通过执行这个常驻Flash的bootloader程序。就能够利用不论什么可用的数据接口读代替码(注：在Arduino中，这里的代码是指HEX文件里的有效数据字段，是终于字节码的形式)后写入到自身的flash存储器中，从而实现了自编程的功能。
理解了上面的原理以后，你比方说我要做一个支持无线传输的类似bootloader的东西。无线传输採用蓝牙协议。
蓝牙的接收端将接收到的数据所有存在串口中，所以核心的技术除了蓝牙收发部分以及对flash存储器的读写和存储空间的管理以外，还须要实现对这个HEX文件的解析，更准确、形象地说应该是对这些数据包的解析。怎么把这个数据包拆开，取出有效的字节码数据，然后把这些字节码按顺序分块组装，写到flash存储器。再把PC指针指到開始的地方就能够了。只是这东西确实非常底层，就是在直接跟内存打交道。怎么管理内存。怎么读写内存，怎么拆分组装数据，出错了以后怎么擦除已经写的内容，怎样优化等等一些列问题都须要解决。
事非经过不知难。经过方知难与易。慢慢做吧！先来第一步。对HEX格式的文件进行解析。解析之前自然要弄懂HEX文件的详细格式。
HEX文件的格式
Intel HEX格式的文件是由多条记录组成，而每条记录又是由6个字段组成。这些记录是由一些代表机器语言代码和常量的16进制数据组成的。Intel HEX 文件经常使用来传输要存储在 ROM 或者 EPROM 中的程序和数据。大部分的 EPROM 编程器能使用 Intel HEX文件记录的基本格式例如以下：
|
RecordMark |
RecordLength |
LoadOffset |
RecordType |
Data |
Checksum |
|
记录标志 |
记录长度 |
装载偏移 |
记录类型 |
数据 |
校验和 |
当中，RecordMark字段事实上就是每条记录的首部，其值为0x3A，在ASCII码中就是冒号“:”。该字段在HEX文件里，这个头部仅仅占有一个字节。RecordLength表示每条记录包括的数据的长度，以字节为单位。最大描写叙述255个字节，表现为2个16进制的字符，该字段在HEX文件里占2个字节。
LoadOffset表示该记录中的数据在整个存取器空间中的偏移，用4个十六进制字符描写叙述一个16位数据。在HEX文件里该字段占有4个字节。
RecordType表示记录类型。表现为2个十六进制字符。取值有下面几种：
00表示数据记录。
01表示文件结束记录；
02描写叙述拓展段地址记录。
03描写叙述開始段地址记录。
04描写叙述扩展线性地址记录；
05描写叙述開始线性地址记录。
Data字段表示数据的详细内容，描写叙述方法仍是两个16进制的字符表示1字节的数据。此字段的长度由该记录的RecordLength决定，数据的解释取决于记录类型(RecordType)。
Checksum字段为校验和。这个校验和是这么来的。将RecordMark(“:”)后的全部的数据按字节相加，即成对相加起来，然后模除256得到余数，再对这个余数求补码，终于得出的结果就是校验和。所以检測方法也非常easy：在每一条记录内，将RecordMark(“:”)后的全部数据(包含Checksum)按字节相加后得到的8位数据为0，则说明数据无误。否则说明出错了。
至于什么是拓展段地址记录、開始段地址记录、扩展线性地址记录、開始线性地址记录这里不做具体的介绍。在芯艺的《AVR单片机GCC程序设计》的附录部分有具体的说明。而在Arduino的HEX文件里，记录类型仅仅有两种。数据记录和文件结束记录。所以RecordType这个字段的值不是0x00就是0x01。数据记录适用于8位、16位和32位格式，其具体格式例如以下：
|
记录名 |
RecordMark |
RecordLength |
LoadOffset |
RecordType |
Data |
Checksum |
|
记录标志 |
记录长度 |
装载偏移 |
记录类型 |
数据 |
校验和 |
|
|
内容 |
“:” |
X |
- |
“00” |
- |
- |
|
字节数 |
1 |
1 |
2 |
1 |
X |
1 |
文件结束记录适用于8位、16位和32位格式。其具体格式例如以下：
|
记录名 |
RecordMark |
RecordLength |
LoadOffset |
RecordType |
Checksum |
|
记录标志 |
记录长度 |
装载偏移 |
记录类型 |
校验和 |
|
|
内容 |
“:” |
“00” |
“0000” |
“01” |
“FF” |
|
字节数 |
1 |
1 |
2 |
1 |
1 |
比方说。有例如以下一条数据记录：“:1001A000808184608083808182608083808181609F”，则，其RecordMark为“:”，RecordLength为”10”。这里是16进制的，相应10进制为16，也就是说Data字段有16个字节；LoadOffset的值为01A0，也就是说在该条记录中，数据字段在内存中的起始地址为01A0；RecordType为00，表示是记录类型；Data的值为80818460808380818260808380818160，一共同拥有16个字节；Checksum的值为9F。用计算器依照上面的方式验证一下是能够得到一个低8位为0的数据，也就是说这条记录是合法的。
以下開始编码实现对HEX文件的解析。
HEX文件解析的实现
解析过程还是比較简单的。这里直接附上源代码。
HexLexer.h头文件里定义了相关的类的属性和操作。
#ifndef _HEXLEXER_H_
#define _HEXLEXER_H_
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <cstdlib>
/*
Intel Hex文件解析器V1.0
Hex文件的格式例如以下：
RecordMark RecordLength LoadOffset RecordType Data Checksum
在Intel Hex文件里，RecordMark规定为“:”
*/
#pragma warning(disable:4996)
#define MAX_BUFFER_SIZE 43
class Hex
{
public:
Hex(char mark);
~Hex();
void ParseHex(char *data);//解析Hex文件
void ParseRecord(char ch);//解析每一条记录
size_t GetRecordLength();//获取记录长度
char GetRecordMark();//获取记录标识
char *GetLoadOffset();//获取内存装载偏移
char *GetRecordType();//获取记录类型
char *GetData();//获取数据
char *GetChecksum();//获取校验和
private:
char m_cBuffer[MAX_BUFFER_SIZE];//存储待解析的记录
char m_cRecordMark;//记录标识
size_t m_nRecordLength;//记录长度
char *m_pLoadOffset;//装载偏移
char *m_pRecordType;//记录类型
char *m_pData;//数据字段
char *m_pChecksum;//校验和
bool m_bRecvStatus;//接收状态标识
//size_t m_nIndex;//缓存的字符索引值
};
Hex::Hex(char mark)
{
this->m_cRecordMark = mark;
m_cBuffer[0] = ' ';
//m_pBuffer = NULL;
m_nRecordLength = 0;
m_pLoadOffset = NULL;
m_pRecordType = NULL;
m_pData = NULL;
m_pChecksum = NULL;
m_bRecvStatus = false;
//m_nIndex = 0;
}
Hex::~Hex()
{
delete m_pLoadOffset, m_pRecordType, m_pData, m_pChecksum;
}
#endif
HexLexer.cpp文件实现了头文件里函数，并给出了測试用例。
#include "HexLexer.h"
#include <iostream>
using namespace std;
//获取记录标识
char Hex::GetRecordMark()
{
return this->m_cRecordMark;
}
//获取每条记录的长度
size_t Hex::GetRecordLength()
{
//char *len = (char*)malloc(sizeof(char)* 3);
if (strlen(m_cBuffer)>=2)
{
char len[3];
len[0] = m_cBuffer[0];
len[1] = m_cBuffer[1];
len[2] = ' ';
char *p = NULL;
return strtol(len, &p, 16);
}
else
{
return 0;
}
}
//获取装载偏移
char* Hex::GetLoadOffset()
{
if (strlen(m_cBuffer) == (GetRecordLength() + 5) * 2)
{
char *offset = (char*)malloc(sizeof(char)* 5);
for (int i = 0; i < 4; ++i)
{
offset[i] = m_cBuffer[i + 2];
}
offset[4] = ' ';
m_pLoadOffset = offset;
offset = NULL;
}
return m_pLoadOffset;
}
//获取记录类型
char* Hex::GetRecordType()
{
if (strlen(m_cBuffer) == (GetRecordLength() + 5) * 2)
{
char *type=(char*)malloc(sizeof(char)*3);
type[0] = m_cBuffer[6];
type[1] = m_cBuffer[7];
type[2] = ' ';
m_pRecordType = type;
type = NULL;
}
return m_pRecordType;
}
//获取数据
char* Hex::GetData()
{
if (strlen(m_cBuffer) == (GetRecordLength() + 5) * 2)
{
int len = GetRecordLength();
char *data = (char*)malloc(sizeof(char)*(len * 2 + 1));
for (int i = 0; i < len * 2;++i)
{
data[i] = m_cBuffer[i + 8];
}
data[len * 2] = ' ';
m_pData = data;
data = NULL;
}
return m_pData;
}
//获取校验和
char* Hex::GetChecksum()
{
int len = GetRecordLength();
if (strlen(m_cBuffer) == (len + 5) * 2)
{
char *checksum=(char*)malloc(sizeof(char)*3);
checksum[0] = m_cBuffer[(len + 5) * 2 - 2];
checksum[1] = m_cBuffer[(len + 5) * 2-1];
checksum[2] = ' ';
m_pChecksum = checksum;
checksum=NULL;
}
return m_pChecksum;
}
//解析Hex文件里的每一条记录
void Hex::ParseRecord(char ch)
{
size_t buf_len = strlen(m_cBuffer);
if (GetRecordMark()==ch)
{
m_bRecvStatus = true;
m_cBuffer[0] = ' ';
//m_nIndex = 0;
return;
}
if ((buf_len==(GetRecordLength()+5)*2-1))
{
//接收最后一个字符
m_cBuffer[buf_len] = ch;
m_cBuffer[buf_len + 1] = ' ';
//检验接收的数据
char temp[3];
char *p = NULL;
long int checksum = 0;
for (int i = 0; i < strlen(m_cBuffer);i+=2)
{
temp[0] = m_cBuffer[i];
temp[1] = m_cBuffer[i + 1];
temp[2] = ' ';
checksum += strtol(temp, &p, 16);
temp[0] = ' ';
}
checksum &= 0x00ff;//取计算结果的低8位
if (checksum==0)//checksum为0说明接收的数据无误
{
cout << "RecordMark " << GetRecordMark() << endl;
cout << "RecordLength " << GetRecordLength() << endl;
cout << "LoadOffset " << GetLoadOffset() << endl;
cout << "RecordType " << GetRecordType() << endl;
cout << "Data " << GetData() << endl;
cout << "Checksum " << GetChecksum() << endl;
}
else//否则接收数据有误
{
cout << "Error!" << endl;
}
m_cBuffer[0] = ' ';
m_bRecvStatus = false;
m_nRecordLength = 0;
m_pLoadOffset = NULL;
m_pRecordType = NULL;
m_pChecksum = NULL;
m_bRecvStatus = false;
}
else if (m_bRecvStatus)
{
m_cBuffer[buf_len] = ch;
m_cBuffer[buf_len + 1] = ' ';
//m_nIndex++;
}
}
//解析Hex文件
void Hex::ParseHex(char *data)
{
for (int i = 0; i < strlen(data);++i)
{
ParseRecord(data[i]);
}
}
int main(int argc, char *argv[])
{
freopen("in.txt", "r", stdin);
freopen("out.txt", "w", stdout);
Hex hex(':');
char ch;
while (cin>>ch)
{
hex.ParseRecord(ch);
}
fclose(stdout);
fclose(stdin);
return 0;
}
in.txt是在Arduino IDE编译blink程序生成的blik.cpp.hex的原始内容，直接复制到记事本中，其内容例如以下：
:100000000C945C000C946E000C946E000C946E00CA :100010000C946E000C946E000C946E000C946E00A8 :100020000C946E000C946E000C946E000C946E0098 :100030000C946E000C946E000C946E000C946E0088 :100040000C9488000C946E000C946E000C946E005E :100050000C946E000C946E000C946E000C946E0068 :100060000C946E000C946E00000000080002010069 :100070000003040700000000000000000102040863 :100080001020408001020408102001020408102002 :10009000040404040404040402020202020203032E :1000A0000303030300000000250028002B000000CC :1000B0000000240027002A0011241FBECFEFD8E043 :1000C000DEBFCDBF21E0A0E0B1E001C01D92A930AC :1000D000B207E1F70E94F1010C9401020C940000B8 :1000E00061E08DE00C94810161E08DE00E94BA0135 :1000F00068EE73E080E090E00E94F50060E08DE043 :100100000E94BA0168EE73E080E090E00C94F50084 :100110001F920F920FB60F9211242F933F938F933C :100120009F93AF93BF938091010190910201A091A1 :100130000301B09104013091000123E0230F2D371A :1001400020F40196A11DB11D05C026E8230F0296DB :10015000A11DB11D20930001809301019093020124 :10016000A0930301B09304018091050190910601D1 :10017000A0910701B09108010196A11DB11D8093C6 :10018000050190930601A0930701B0930801BF9168 :10019000AF919F918F913F912F910F900FBE0F9034 :1001A0001F9018953FB7F894809105019091060132 :1001B000A0910701B091080126B5A89B05C02F3F6B :1001C00019F00196A11DB11D3FBF6627782F892F19 :1001D0009A2F620F711D811D911D42E0660F771FDE :1001E000881F991F4A95D1F70895CF92DF92EF9219 :1001F000FF92CF93DF936B017C010E94D200EB0151 :10020000C114D104E104F10489F00E9400020E94AB :10021000D2006C1B7D0B683E734090F381E0C81ADE :10022000D108E108F108C851DC4FEACFDF91CF9146 :10023000FF90EF90DF90CF900895789484B582601E :1002400084BD84B5816084BD85B5826085BD85B57A :10025000816085BDEEE6F0E0808181608083E1E829 :10026000F0E0108280818260808380818160808361 :10027000E0E8F0E0808181608083E1EBF0E0808164 :1002800084608083E0EBF0E0808181608083EAE736 :10029000F0E08081846080838081826080838081BF :1002A000816080838081806880831092C10008957E :1002B000833081F028F4813099F08230A1F00895E4 :1002C0008730A9F08830B9F08430D1F48091800073 :1002D0008F7D03C0809180008F7780938000089588 :1002E00084B58F7702C084B58F7D84BD08958091D9 :1002F000B0008F7703C08091B0008F7D8093B000F5 :100300000895CF93DF9390E0FC01E458FF4F2491D0 :10031000FC01E057FF4F8491882349F190E0880F5A :10032000991FFC01E255FF4FA591B4918C559F4F49 :10033000FC01C591D4919FB7611108C0F8948C91CC :10034000209582238C93888182230AC0623051F4E5 :10035000F8948C91322F309583238C938881822B53 :10036000888304C0F8948C91822B8C939FBFDF917B :10037000CF9108950F931F93CF93DF931F92CDB723 :10038000DEB7282F30E0F901E859FF4F8491F901D9 :10039000E458FF4F1491F901E057FF4F04910023F7 :1003A000C9F0882321F069830E9458016981E02FF8 :1003B000F0E0EE0FFF1FEC55FF4FA591B4919FB7F2 :1003C000F8948C91611103C01095812301C0812B99 :1003D0008C939FBF0F90DF91CF911F910F91089544 :1003E00008950E941D010E94F0010E947000C0E06B :1003F000D0E00E9474002097E1F30E940000F9CF42 :060400000895F894FFCFFF :00000001FF
解析的结果直接写入到记事本中。结果例如以下：
RecordMark : RecordLength 16 LoadOffset 0000 RecordType 00 Data 0C945C000C946E000C946E000C946E00 Checksum CA RecordMark : RecordLength 16 LoadOffset 0010 RecordType 00 Data 0C946E000C946E000C946E000C946E00 Checksum A8 RecordMark : RecordLength 16 LoadOffset 0020 RecordType 00 Data 0C946E000C946E000C946E000C946E00 Checksum 98 RecordMark : RecordLength 16 LoadOffset 0030 RecordType 00 Data 0C946E000C946E000C946E000C946E00 Checksum 88 RecordMark : RecordLength 16 LoadOffset 0040 RecordType 00 Data 0C9488000C946E000C946E000C946E00 Checksum 5E RecordMark : RecordLength 16 LoadOffset 0050 RecordType 00 Data 0C946E000C946E000C946E000C946E00 Checksum 68 RecordMark : RecordLength 16 LoadOffset 0060 RecordType 00 Data 0C946E000C946E000000000800020100 Checksum 69 RecordMark : RecordLength 16 LoadOffset 0070 RecordType 00 Data 00030407000000000000000001020408 Checksum 63 RecordMark : RecordLength 16 LoadOffset 0080 RecordType 00 Data 10204080010204081020010204081020 Checksum 02 RecordMark : RecordLength 16 LoadOffset 0090 RecordType 00 Data 04040404040404040202020202020303 Checksum 2E RecordMark : RecordLength 16 LoadOffset 00A0 RecordType 00 Data 0303030300000000250028002B000000 Checksum CC RecordMark : RecordLength 16 LoadOffset 00B0 RecordType 00 Data 0000240027002A0011241FBECFEFD8E0 Checksum 43 RecordMark : RecordLength 16 LoadOffset 00C0 RecordType 00 Data DEBFCDBF21E0A0E0B1E001C01D92A930 Checksum AC RecordMark : RecordLength 16 LoadOffset 00D0 RecordType 00 Data B207E1F70E94F1010C9401020C940000 Checksum B8 RecordMark : RecordLength 16 LoadOffset 00E0 RecordType 00 Data 61E08DE00C94810161E08DE00E94BA01 Checksum 35 RecordMark : RecordLength 16 LoadOffset 00F0 RecordType 00 Data 68EE73E080E090E00E94F50060E08DE0 Checksum 43 RecordMark : RecordLength 16 LoadOffset 0100 RecordType 00 Data 0E94BA0168EE73E080E090E00C94F500 Checksum 84 RecordMark : RecordLength 16 LoadOffset 0110 RecordType 00 Data 1F920F920FB60F9211242F933F938F93 Checksum 3C RecordMark : RecordLength 16 LoadOffset 0120 RecordType 00 Data 9F93AF93BF938091010190910201A091 Checksum A1 RecordMark : RecordLength 16 LoadOffset 0130 RecordType 00 Data 0301B09104013091000123E0230F2D37 Checksum 1A RecordMark : RecordLength 16 LoadOffset 0140 RecordType 00 Data 20F40196A11DB11D05C026E8230F0296 Checksum DB RecordMark : RecordLength 16 LoadOffset 0150 RecordType 00 Data A11DB11D209300018093010190930201 Checksum 24 RecordMark : RecordLength 16 LoadOffset 0160 RecordType 00 Data A0930301B09304018091050190910601 Checksum D1 RecordMark : RecordLength 16 LoadOffset 0170 RecordType 00 Data A0910701B09108010196A11DB11D8093 Checksum C6 RecordMark : RecordLength 16 LoadOffset 0180 RecordType 00 Data 050190930601A0930701B0930801BF91 Checksum 68 RecordMark : RecordLength 16 LoadOffset 0190 RecordType 00 Data AF919F918F913F912F910F900FBE0F90 Checksum 34 RecordMark : RecordLength 16 LoadOffset 01A0 RecordType 00 Data 1F9018953FB7F8948091050190910601 Checksum 32 RecordMark : RecordLength 16 LoadOffset 01B0 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參考文献
[1]Wikipedia.Intel HEX[DB/OL].http://en.wikipedia.org/wiki/Intel_HEX,2016,4