本文主要講述BootLoader程序升級原理及一些代碼的解析，力圖用通俗易懂的語言描述清楚BootLoader升級的主要關(guān)鍵點。

BootLoader 升級原理概述

首次接觸這一塊時，有一個概念叫IAP（在應(yīng)用編程），通俗一點講便是通過一段已有的程序（我們稱之為BootLoader程序）去升級另外的一段程序（用戶程序）。升級的方式多種多樣，可以通過串口、USB、SPI等等多種接口去升級。實際上，我們是把我們需要升級的芯片里面分為兩個區(qū)域，暫且稱之為A區(qū)域和B區(qū)域。 

A區(qū)域主要存放BootLoader程序，B區(qū)域主要存放用戶程序，也就是我們希望升級或修改的程序。 

一般情況下，為了升級流程的方便，我們會把A區(qū)域布置在芯片flash（有人喜歡稱ROM，就是存放代碼的區(qū)域）的起始位置，也就是0x0開始的位置，至于A區(qū)域在哪里結(jié)束，這需要看你的BootLoader程序有多大了，它能占用多少的代碼量了。比如你的BootLoader程序編譯完后有2.5KB左右的大小，那么你可以計算一下： 

2.5K = 2.5 X 1024 = 2560B = A00（H） 

也就是說，你的這段代碼如果從零地址開始存放的話，他會在0xA00的位置結(jié)束，0xA00之后的區(qū)域你便可以用來存放需要升級的用戶代碼了。但有時我們并不會緊接著0xA01的位置開始放置用戶代碼,而是會留出一定的空間，比如從0xB00處開始存放代碼，這主要是因為BootLoader程序在flash中存放時不一定會緊挨著存放，有時代碼段之間會有空閑區(qū)域，這一點可以參考之前的文章 IAR編譯器如何節(jié)省代碼占用的flash空間？然后，我們通過在BootLoader程序中設(shè)置相關(guān)參數(shù)（應(yīng)用程序起始位置等），使應(yīng)用程序升級時按照我們設(shè)置的位置存放在B區(qū)域，從而完成升級。這一點我會在后面的代碼詳解中介紹。

我們可以通過下面的圖解來理解bootloader程序升級時的區(qū)域占用情況。 

需要了解的關(guān)鍵點

進(jìn)行BootLoader程序編寫之前，我們需要了解并熟悉以下幾個關(guān)鍵點： 

1. 文件傳輸協(xié)議。因為升級時需要上位機軟件配合下位機的BootLoader程序進(jìn)行應(yīng)用程序代碼的傳輸，因此文件傳輸協(xié)議至關(guān)重要，筆者推薦使用Xmodem 1K協(xié)議。 這個協(xié)議的好處便是上位機可以自動打包數(shù)據(jù)，每一包數(shù)據(jù)含有1k字節(jié)的代碼，傳輸效率很高，傳輸時間很短。 

2. 
   

2. 芯片空間map。 做BootLoader升級相關(guān)的項目，肯定離不開對芯片空間的了解，需要對自己所用芯片的RAM、ROM以及向量表（如果有的話）等占用情況有比較深入的了解。 

3. 跳轉(zhuǎn)函數(shù)。這個是程序從BootLoader程序跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用程序運行的關(guān)鍵。筆者在做項目時曾經(jīng)在這一塊浪費了不少的時間。文末筆者會提供實用的跳轉(zhuǎn)函數(shù)。

升級代碼解析

其實前面說的再多，脫離了代碼都是紙上談兵。下面通過一個實際的BootLoader升級例子，結(jié)合筆者自己編寫的BootLoader代碼，對這一過程進(jìn)行解析。 

代碼主要包括 

main.c 

BootLoader.c 

xmodem-1k.c 

跳轉(zhuǎn)函數(shù) 

其中， 

main.c主要是升級執(zhí)行初始化及升級完成后初始化升級環(huán)境及跳轉(zhuǎn)代碼實現(xiàn)的部分。 

BootLoader.c部分主要是升級流程的代碼控制。 

xmodem-1k.c主要是文件傳輸協(xié)議的代碼實現(xiàn)。

至于其他部分的代碼，比如串口相關(guān)以及時鐘相關(guān)的代碼，每種芯片的編程方式都不盡相同，因此筆者不詳細(xì)介紹這部分，該部分代碼大家可以從需要升級的應(yīng)用程序中直接移植即可。

main.c

int main (void)

{

    SystemCoreClockUpdate();  // 時鐘初始化 

    WatchDog_Initial();       // 看門狗初始化

    vBootLoader(&vScene_Init,&vScene_Renew);  // BootLoader主程序

}

在vBootloader()這個函數(shù)中用到了兩個函數(shù)指針，分別指向初始化函數(shù)vScene_Init()和環(huán)境重置函數(shù)vScene_Renew()。初始化函數(shù)很好理解，在運行程序之前，先對芯片時鐘、管腳等初始化，或者有些參數(shù)需要初始化，這個根據(jù)自己的代碼情況進(jìn)行選擇。

那么環(huán)境重置函數(shù)什么意思呢？這主要是為了和需要升級的應(yīng)用程序的運行想配合，因為我們的bootloader程序的相關(guān)配置有時候并不一定會和應(yīng)用程序的配置完全一致，如果運行完BootLoader之后，沒有把BootLoader程序的相關(guān)配置關(guān)閉掉或者恢復(fù)到默認(rèn)值，運行到應(yīng)用程序之后，還可能會執(zhí)行BootLoader程序的配置，這樣會出現(xiàn)問題。舉個栗子，在BootLoader程序中用中斷喂狗，跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用程序之前，沒有關(guān)閉喂狗中斷，如果在應(yīng)用程序中沒有配置相關(guān)喂狗中斷的程序，那么應(yīng)用程序仍然會按照bootloader的配置執(zhí)行中斷喂狗，這樣會導(dǎo)致應(yīng)用程序中的喂狗失效，因為中斷喂狗是很準(zhǔn)時的，往往起不到喂狗的效果，有時會影響程序的復(fù)位操作。因此，環(huán)境重置函數(shù)說白了，就是把bootloader用到的配置關(guān)掉。筆者建議把用到的所有的東西全部關(guān)閉（包括但不限于串口、時鐘、看門狗、IO等），因為在應(yīng)用程序中會根據(jù)自己的應(yīng)用程序配置相關(guān)的代碼。

BootLoader.c

/**********************************************************

*  BootLoader流程控制函數(shù)

** 參 數(shù): pfunSenceInitCallBack   初始化芯片指針函數(shù)

**       pfunSenceRenewCallBack  重新初始化代碼環(huán)境指針函數(shù)

** 返回值: 無

**********************************************************/

void vBootLoader(void(* pfunSenceInitCallBack)(void), void (* pfunSenceRenewCallBack)(void))

{

    uint8_t ucMessage = 0;

    unsigned int sp;

    unsigned int pc;

    uint16_t bootflag_read;

    sp = APP_START_Flash;

    pc = sp + 4;

    pfunSenceInitCallBack();  //初始化函數(shù)指針，具體函數(shù)怎么寫這里不再贅述

    while(1)

    {

        wdt_feed();

        do{

            ucMessage = u8UpdateMode();  // 此函數(shù)為升級主函數(shù)

            if (UPDATE_OK == ucMessage)        /* 升級成功 */

            {

                memcpy(erase_pg_buf, bootflag_OK,    sizeof(bootflag_OK));

                update_bootflag();

                break;

            } 

            else if (UPDATE_NO == ucMessage)   /* 沒有升級 */

            {

                break;

            }

            else                              /* 升級錯誤 */

            {

                memcpy(erase_pg_buf, bootflag_ERROR, sizeof(bootflag_ERROR));

                update_bootflag();

                break;

            }       

        } while (1);

        bootflag_read = *( volatile uint16_t *)(BOOT_FLAG_ADDR);   /* 讀取存放在bootflag地址的值 */

        if (u8UserCodeEffect() == USERCODE_OK) // 代碼判斷

        {

            if (bootflag_read == 0xAA55)

            {

                pfunSenceRenewCallBack();  // 環(huán)境重置函數(shù)

                vControlSwitch(sp,pc); // 跳轉(zhuǎn)函數(shù)

            }

        }

    }

}

上面是bootloader程序擦寫完flash之后判斷是否升級成功以及執(zhí)行跳轉(zhuǎn)函數(shù)的代碼。流程主要是，升級主函數(shù)u8UpdateMode()（下面是詳細(xì)代碼）中進(jìn)行數(shù)據(jù)接收校驗以及flash擦寫工作，如果擦寫成功，該函數(shù)返回0(UPDATE-OK)，擦寫失敗，該函數(shù)返回1(UPDATE-ERROR)，沒有擦寫操作，該函數(shù)返回2(UPDATE-NO)。在這個函數(shù)中根據(jù)相關(guān)返回標(biāo)志進(jìn)行處理。處理完去讀取flash中存放BootLoader標(biāo)志的地方的數(shù)據(jù)，如果使我們希望的數(shù)據(jù)，我們就執(zhí)行跳轉(zhuǎn)函數(shù)，讓程序從BootLoader跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用程序中，如果標(biāo)志不正確，說明升級過程出了問題，我們就不跳轉(zhuǎn)，一直運行在BootLoader程序中。當(dāng)然，在跳轉(zhuǎn)之前需要執(zhí)行我們之前提到的環(huán)境重置函數(shù)pfunSenceRenewCallBack()。

// 升級主函數(shù)

static uint8_t u8UpdateMode(void)

{

   uint8_t ret;

   if (iap_prepare_sector(APP_START_SECTOR, APP_END_SECTOR) == CMD_SUCCESS) // 準(zhǔn)備扇區(qū)

    {

      if (iap_erase_sector(APP_START_SECTOR, APP_END_SECTOR) == CMD_SUCCESS) // 擦除扇區(qū)

         {

            ret = u8Xmodem1kClient(ProgramFlash, (uint16_t)BOOT_DELAYTIME_C, (uint16_t)BOOT_WAITTIME_UPDATE);// 編程指針+X-Modem協(xié)議識別

            if (0 == ret) 

            {

                return UPDATE_OK;// 返回標(biāo)志

            }

            if (2 == ret)

            {

                return UPDATE_NO;

            }

        }

   }

   return UPDATE_ERROR;

}

主函數(shù)代碼不難理解，進(jìn)來之后先準(zhǔn)備相應(yīng)的扇區(qū)，然后擦除（FLash內(nèi)部值置全FF），然后啟動X-Modem協(xié)議接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)接收完成啟動寫flash函數(shù)ProgramFlash()進(jìn)行代碼燒寫，這一部分在下一節(jié)X-Modem-1K.c中講。不同的片子的燒寫流程不同，這個得看芯片手冊，有的需要準(zhǔn)備扇區(qū)，有的不需要，但是大多數(shù)流程都保留了先擦除后燒寫的內(nèi)容。

注意：擦除和燒寫之前需要看技術(shù)手冊搞明白芯片是支持區(qū)塊擦除還是支持頁擦除。

X-modem-1k.c

關(guān)于X-Modem協(xié)議是什么，大家可以自行去百度，這里也不再贅述。 

先看代碼，比較長：

/**********************************************************

** Xmodem1k協(xié)議傳輸程序

** 參  數(shù):    pfunPktHandle,: Xmodem1k協(xié)議傳輸所需函數(shù)結(jié)構(gòu)體指針

**          u16ShortDly:    輪詢發(fā)送C字符的時間間隔

**          u8LongDly:      等待傳輸開始超時時限

** 返回值: 傳輸結(jié)果: 0--成功,1--升級失敗(錯誤或取消升級),2--沒有升級

**********************************************************/

uint8_t u8Xmodem1kClient(pFunPKTHAND pfunPktHandle, uint16_t  u16ShortDly, uint16_t u8LongDly)

{

    uint32_t u32ByteCnt   = 0;                                          /* 位計數(shù)器  計數(shù)一包的第幾個字節(jié)數(shù)據(jù)   */

    uint8_t  u8TimeoutCnt = 0;                                          /* 超時次數(shù)                             */

    uint8_t  u8DataerrCnt = 0;                                          /* 數(shù)據(jù)錯誤次數(shù)                       */

    uint8_t  u8PktIndex   = 1;                                          /* 包序號期望值                       */

    uint8_t  u8STATE = STAT_IDLE_C;                                     /* 狀態(tài)變量                             */

    uint8_t  u8Data;                                                    /* 存放接收數(shù)據(jù)及發(fā)送命令              */

    volatile uint16_t u16PktLen;                                        /* 包中有效數(shù)據(jù)的長度                */

    uint8_t  u8Message;

    sysTimerClr(1);

    while (1)

    {

        wdt_feed();

        switch (u8STATE)

        {

        case STAT_IDLE_C:                                               /* 輪詢發(fā)C狀態(tài)                  */

             if (sysTimerGet(1) >= u8LongDly )

             {

                u8STATE = STAT_TIMEOUT_C;                               /* 等待開始超時，跳到結(jié)束狀態(tài)   */

             }