C8051单片机BootLoader心得

       8051至今仍占据着MCU的大量市场，以其通用、价格低廉等众多原因而被学校和大多公司作为微控制开发的首选。随着ARM等32位控制器的出现，使得8051的追随者对于其使用编程器烧片子的方式逐渐的难以接受。不论是从易用性、以及程序的可靠性来说，都添加了诸多不便。

       此时很多人想到了ARM中常用的BootLoader得概念，其实这是一个很好的方法。要想在MCU中实现BootLoader，首先要求单片机具有IAP功能，或是可以对其自身的FLASH进行擦除、写入的功能。其次要考虑FLASH的空间，毕竟加入一个boot的代码是需要付出代价的。

       下面以C8051F340为例说明一下我的心得与体会。

1. 整体规划

1.1中断向量区

       中断向量区提供复位以及异常中断的跳转, 鉴于51的特点，这部分必须存放在0地址开始的区域。

1.2 APP区

       应用程序区存放用户应用程序，亦即boot操作区。这部分可以存放在FLASH的任意区域。下载程序时，bootloader需要将下载的数据写入该区。正常启动时，bootloader需要让CPU跳转至此执行。

1.3 BOOT区

       BootLaoder代码存放区。这部分可以存放在FLASH的任意区域。 

2. 实现方法

2.1 Boot入口地址

       8051上电后执行的第一条便是0x0000—0x0002处的指令，考虑到程序的通用性，此处必须跳转到Boot 程序区，以便从boot开始引导或是装入程序。

STARTUP.A51文件中：

CSEG    AT      0

?C_STARTUP:       LJMP    STARTUP1

这两条语句便是实现了程序的跳转。

?C_STARTUP的地址是链接时确定的，但是必须要在Boot程序区。关于制定Boot区的位置请参考2.3。

2.2 APP程序

应用程序区必须放在0地址开始的分区！由于8051的局限性，他基本不能像其他系统一样可以将代码拷贝到RAM中，之后重建中断向量表执行。

为了中断向量表的跳转方便，介意将应用程序烧写到0地址开始的分区，但是要注意：应用程序的前三个字节要写到D_RUN_ADDRESS指向的APP入口地址（见2.3）。

// APP入口地址写入

       for (i=0; i<3; i++) {      

              flash_write(D_RUN_ADDRESS+i, dat);

       }

       // 程序区

       for (i=3; i<size; i++) {

              flash_write(i++, dat);

       }

2.3 APP入口地址

       Boot下载程序后，前三个字节为APP的入口地址，Boot启动时APP，就是跳转到这个地址的。

       我的实现中，将此三个字节放到了一个独立的分区，这样方便操作，但是有点浪费。呵呵！

// APP入口地址写入

       for (i=0; i<3; i++) {      

              flash_write(D_RUN_ADDRESS+i, dat);

       } 

Boot启动过程中，其实就是实现了跳转：

       Reset(0x0000) à D_BOOT_ADDR  (Boot正常启动)à D_RUN_ADDRESS (APP运行)

                                                    (Boot下载程序)à进入Loader模式

       这样在程序每次启动中，总是先执行Boot代码，是其具有通用性。

2.4 Boot程序

       此处为Boot程序区，在此我采用检测IO的方法，这样不像检测终端输入那样存在等待时间的问题。软件的下载采用串口。具体步骤如下：

第一步，MCU复位后，从0地址跳转到BOOT区。

       第二步：Boot代码检测是否存在Loader使能按键，若不存在直接跳转到第四步。

第三步：与用户进行软件握手，握手成功后按照如下步骤操作：

1.       暂存boot入口地址（第0扇区的前三哥字节），这样在擦除第0扇区后可以回写。

2.       准备扇区，擦除APP程序扇区和APP入口地址扇区。

3.       回写boot入口地址（1中读出的三个字节）。

4.       通知主机发送代码，我使用DNW发送，数据格式为：4Byte(数据长度)+数据+2Byte(校验和)

5.       读接收数据长度，4Byte。

6.       开始接收数据, 同时写入Flash APP区。此时注意FLASH写入时间和串口速度的匹配。一般来说115200的速度足够了。

这部分数据分为两部分：接收到的前三个字节为APP的入口地址，需要单独保存。

7.       读校验和，校验数据。

这样在线编程完毕。

       第四步：读取APP入口地址处是否存在有效指令（一般判断是否为0x02），不存在则等待用户复位！

3. 结语

       BootLoader作为程序的主体，需要考虑代码的链接位置以及代码量的大小，我们可以用如下方法在KEIL中控制CODE的位置，

       上图中，我设定Boot代码存放在0xEA00开始的Flash区。这样程序编译完后，可以发现除中断向量外，其他部分代码均在0xEA00之后。

中断向量的控制，由于8051中断向量的特殊性，不介意在BootLoader中使用中断，例如我的串口就是使用查询方式实现的。8051不支持中断向量的重映射，所以使用中断会给自己增加负担。我觉得，BootLoader稳定是最重要的！

以上是我开发C8051F340 BootLoader的一些体会，供同行参考。

【2008-10-17】