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AVR是Atmel公司推出的第一款真正意義上的RISC結構8位單片機，具有先進的指令集及單時鐘周期指令執行時間，數據吞吐率可高達1MIPS，其性能明顯優于其他類型8位單片機。 作為AVR主流產品，Mega系列的很多產品(Mega8／Megal6／Mega32／Mega8535等)在硬件上都支持Boot-loader功能。這樣MCU可靈活運行BOOT區程序，實現在應用編程(IAP)及一些高級應用，如系統智能升級，密碼校驗自保護，遠程系統更新等。但有很高性價比的Mega48在硬件上卻不支持Bootloader功能。因此，本文針對Mega48首次提出兩種軟件實現Bootloader的方法：跳轉保存法和倒置法。 1 ATMega48 Bootloader的軟件實現方法 Mega48在硬件上不支持Bootloader功能，不能像其他產品那樣通過編程來設置相應的熔絲位以實現Bootloader，只能通過軟件來實現。在Mega48上實現Bootloader的關鍵在于通過軟件實現程序存儲器空間劃分。復位后，BOOT區獲得MCU控制權，自編程結束后MCU控制權返還給APP區.以下將詳細介紹本文提出的兩種新方法。 1.1 跳轉保存法 本方法的核心在于跳轉和保存，因此命名為跳轉保存法。跳轉指上電后MCU跳轉至BOOT區，MCU控制權被BOOT區獲得。保存指對APP區程序復位地址的保存，只有保存了該地址才能保證MCU控制權正常返還給APP區。 跳轉保存法采用一般分區方式，即APP區位于程序存儲器空間的低地址處，BOOT區在高地址處。因本文使用的上位機軟件為AVROSP，BOOT區需占用1 KB。此外，由于ATMega48不支持通過熔絲位修改程序的復位向量，故需多劃分給BOOT區4個頁面大小的空間。 為提高程序的可移植性，可使用預定義語句來劃分BOOT區大小，具體實現如下： #define PAGESIZE 64 ／／每個頁面由64個字節組成 #define APP_PAGES ((4*1024／PAGESIZE) - ((1*1024+256)／PAGESIZE)) ／／APP區的頁面數 #define APP_END APP_PAGES*PAGESIZE ／／APP區共占用的字節數 在編譯過程中，由于ICCAVR編譯器只支持標準的BOO了區大小設置，即256／512／1024／2048 KB。故使用下面方法定義BOOT區大小； #pragma text：mytext voidboot()．．． #pragma text；text 編譯過程中，在ProjectOptions→Target的Other Options中，添加“-bmytext；0x????”，其中0x????為BOOT區開始的地址。這樣就可以根據實際需要設定BOO了區大小。這對于整個程序空間只有4 KB的ATMcga48來說，是非常適合的。程序具體流程如圖1所示。 如圖1所示，BOOT區程序塊的第一步就是讀取EEPROM中的APP區原復位地址，以便單片機在執行BOOT區程序條件不成立時，跳轉到APP區執行程序。 EEPROM_READ(0xfe，AppReset)； 當執行BOOT區程序條件成立時，單片機將執行BOOT區程序來更新APP區中的內容。這里特別要注意對即將更新到APP區內程序復位地址的處理：保存該程序中復位地址到RAM中，并修改該地址為BOOT區人口地址。這個工作必須在頁面填充前完成，否則在更新后，單片機復位運行不會首先跳轉到BOOT區。 if(address==o){ AppReset=data； data=BootReset； ／／BOOT區的入口 BootReset=0x1300 } BOOT區程序塊最后一步是對APP區程序復位地址的保存。只有通過上電復位才能移交MCU控制權給APP區，這將導致RAM被清零。為了保存RAM中的原APP區程序復位地址，需上電復位前，將這個地址保存到EEPROM中。 EEPROM_WRITE(Oxfe，APPReset)； 值得一提的是，在第一次運行時，程序并不能直接跳轉到BOOT區首地址，所以第一次運行時，APP區內容應為空。這樣，當單片機上電運行時，程序指針(PC)會自增向下運行到第一句可執行代碼，即BOOT區中的首行代碼。同樣，第一次運行時也不可能讀取出正確的返回APP區的入口地址(取出值為0xFF)，所以第一次運行時必須保證執行BOOT區程序條件成立，否則將無法正確跳回到APP區。只有執行了BOOT區程序，才能寫入正確的APP返回地址到EEPROM中，從而為以后的運行做好準備。 跳轉保存法遵循了Bootloader的常規實現流程，但它的MCU控制權交接處理比較復雜，下文將提到的倒置法就很好地解決了這個問題。 1.2 倒置法 一般來說，程序存儲區的上部為NPP區，下部為BOOT區，這也是常規方法所采取的分區方法。這種分區方法由支持Bootloader功能的芯片程序存儲區中RWW和NRWW的劃分方式所決定的。針對Mega48，它的程序存儲區沒有RWW區和NRWW區之分，SPM指令可以在整個Flash區中執行，所以大可不必拘泥于一般規律，完全可以把APP區和BOOT區倒置，即把程序存儲區的上部劃分為BOOT區，下部劃分為APP區。本文中將這種分區方法稱為倒置分區方法。 倒置法背棄了常規分區形式，創新地采用倒置分區法對程序存儲區進行分區。這樣，在每次上電后，BOOT區自動獲得MCU控制權，而不需修改和保存用戶程序復位向量，這比跳轉保存法簡便。BOOT區大小劃分仍使用預定義語句，具體實現如下： #define PAGESIZE 64 #define APP_PAGES((4096／PAGESIZE)-(1024／PAGESIZE)) #define APP_END APP_PAGES*PAGESIZE 在對APP區程序編譯時，編譯器的配置方法類似于常規方法中對BOOT區程序編譯時的配置．倒置法流程如圖2所示。 如圖2所示，當執行BOOT區程序條件不成立時，程序跳轉至APP區入口處，該地址是固定的(4096"1024)。 具體實現如下： Asm(“jmp 0x0C00＼n”)； ／／跳轉到APP區開始執行 需要注意的是，中斷向量空間在程序存儲器的低地址上，這正好位于BOOT區中，故為了增加APP區和B00T區兩部分程序的獨立性，可在APP區中人為構建除復位向量以外的其他中斷向量空間。在自編程過程中，實施頁寫入時，不是按常規方法的順序從第一個頁開始更新，因為需更新的是APP區所在的頁面，而不是BOOT區所在的，所以要從APP區所在的頁面處開始更新。 倒置法打破了常規的分區模式，大大簡化了對MCU控制權的處理，但其頁面更新處理較為繁瑣。跳轉保存法則因沿襲了常規處理方式，所以頁面更新無需做特別處理，并能很好地兼容硬件實現Bootloader的程序。用戶可以根據實際需要來選擇方法。 2 硬件測試原理圖及結果 調試硬件原理圖如圖3所示。圖3中的ISP接口是用來完成第一次非Bootloadcr的編程方式，從而建立Bootloader的應用環境。這以后的每次編程均可以通過串口直接完成，不需要任何其他設備。 在本文中使用的編譯環境為ICCAVR DEMO版，通過使用AVR單片機的井口下載線完成BOOT區程序的首次寫入。 自編程過程中使用的上位機軟件為AVROSP。經測試兩種方法均能可靠運行。 結 語 綜上所述，本文研究并實現了Mega48的Bootloader功能，提出了兩種軟件實現方法，并分別在硬件上成功實現，為基于Mcga48編寫高效，專用的Bootloader程序奠定了基礎。 |
