基于PIC18单片机的新颖Bootloader设计

Bootloader是操作系统在内核运行之前运行的一段小程序，其功能主要是完成软硬件设备初始化，建立内存空间映射，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，或者加载操作系统映像文件实现系统软件升级，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。通常，BootLoader是严重地依赖于硬件而实现的，特别是在嵌入式世界。因此，在嵌入式世界里建立一个通用的BootLoader几乎是不可能的。

　　针对PIC18系列单片机，目前市面上仅存在HI-TECH公司提供的Bootloader程序，并且需要借助串口调试助手。本文基于Microchip公司的MPLAB软件开发环境设计了一种新颖的Bootloader，并配套编写了PC机端上位机界面程序。其特点是控制灵活，使用便利，系统升级安全可靠。

　　1 Bootloader的实现

　　1.1 Bootloader的操作模式

　　Bootloader在单片机上电／复位后、用户程序之前先运行，运行后判断当前是否需要进入升级状态。如果不需要升级，就直接运行原有的程序；如果需要升级，首先擦除旧的程序，然后从串口接收用户程序，同时写入Flash中。Bootloader有2种操作模式：

　　①启动加载模式，也称为“内核启动”模式。即Bootloader从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载到RAM中运行，整个过程并没有用户的介入。

　　②下载模式。在这种模式下，目标机上的Bootloader将通过串口、网络连接或者USB等，从上位机下载操作系统文件，然后保存到目标机上的Flash类固态存储设备中。Bootloader的这种模式通常在第一次安装内核与根文件系统时被使用，此外，以后的系统更新也会使用Bootl-oader的这种工作模式。

　　本文设计的Bootloader同时支持这两种工作模式，一开始启动时处于正常的启动加载模式，但并不立即启动进入内核，而是提示延时3 s，上位机用户如果发送某些信息给目标机，则切换到下载模式，否则继续启动内核。

　　1.2 Intel HEX文件

　　Intel HEX文件是由一行行符合Intel HEX文件格式的文本所构成的ASCII文本文件。在Intel HEX文件中，每一行包含一个HEX记录。这些记录由对应机器语言码和／或常量数据的十六进制编码数字组成。每个记录包含5个域：数据长度域，它代表记录当中数据字节的数量；地址域，它代表记录当中数据的起始地址；代表HEX记录类型的域；数据域，它代表一个字节的数据，一个记录可以有许多数据字节，记录当中数据字节的数量必须和数据长度域中指定的数字相符；校验和域，它表示这个记录的校验和，通过将记录当中所有十六进制编码数字对应的值相加，模除256，所得余数的补码即校验和。

　　1.3 Bootloader的设计

　　本文所设计的Bootloader程序采用的编译器是MPLAB软件开发环境的mcc18编译器，升级文件格式为Intel HEX格式。根据Intel HEX文件的格式，将文件内容的每一行封装成一帧，加上帧头和帧尾以确保数据传输的可靠性，并采用半双工的通信模式，对错误帧进行重传。

　　主程序代码如下：

　　主程序流程如图1所示。下载系统映像文件并写入程序存储器的程序流程如图2所示。