引 言
PIC单片机的BootLoader归于需求自己写程序的那种，能够依据自己的需求写出各种功用的BootLoader程序来。现在，比较常见的BootLoader程序有Microchip公司的C18版别和出名的PICC编译器厂商HI-TECH公司（以下简称HI-TECH）的PICC18版别。它们的相似之处在于都占用了体系的0x00～0x1FF的程序空间。Microchip的版别是用纯彙编写的，而HI-TECH的版别是用C言语编写的。
在PIC系列单片机中，只要PIC18系列和PIC16F87X系列的单片机才有IAP功用，才干够运用BootLoader功用。下面只介绍PIC18的BootLoader，PIC16F87X的BootLoader与它相似。
1 BootLoader程序的作业原理
BootLoader是一段引导程序，在单片机上电/複位后在用户程序之前先运转。运转后判别当时是否需求进入晋级状况。假如不需求晋级，就直接运转Flash华夏有的程序；假如需求晋级，首要擦除旧的程序，然后从串口接纳用户程序，一同写入Flash中。接纳数据时，需求进行校验，确保接纳到的数据是正确的，防止将过错的程序写入到芯片中。
PIC18单片机只要一块Flash，能够在Flash的任何方位擦写（乃至能够将BootLoader自身擦除）；而51单片机一般都是两块Flash，只能够从一块Flash上擦写另一块Flash，而不能擦写自身。
BootLoader程序原则上是能够放在整个程序空间中的任何方位的，可是为了简略便利、具有通用性和尽量削减对用户程序的影响，运用了从0x00开端的一段程序空间。
BootLoader程序能够多种办法获取数据，包含串口、并口、I2C、SPI、USB等；可是从实践运用来看，运用串口无疑是最便利的。
为了使得用户程序能够获得最大的程序空间，就需求BootLoader程序尽或许的简略。在这裏，Microchip和HI-TECH都将BootLoader程序设计为小于200H个字节（100H个字）。运用0x00～0x1FF这个区域还有一个重要原因是，这个地址的空间有特别的写维护特性。
PIC18单片机尽管有多个中止源，但只支撑两级中止，有两个中止向量，别离坐落0x08和0x18；而BootLoader程序占用了0x00～0x1FF的空间，这意味着需求从头定位中止向量，使新的中止向量指向用户的中止程序，这样才干确保正常运转用户程序的中止程序。
2 程序的运用办法
（1） HI-TECH的BootLoader程序
在HI-TECH的PICC18编译器的examples文件夹下，有一个Bootldr子文件夹，裏麵便是HI-TECH的BootLoader程序。这是一个完好的程序，能够直接进行编译，编译后的HEX能够用编程器下载到芯片中。
（2） 用户体系的要求
假如需求运用BootLoader，要求用户体系中有一个RS232串口能够和计算机进行通讯。
（3） 程序的装备
下麵是程序的首要参数，假如它们设置得不正确，会影响程序的运用。
VERB0：冗馀形式，有更多的提示，可是会占用更多的程序空间，主张不必。
BOOT_TIMEOUT：等候超时的时刻，0～9s（再长了也没有含义），默以为5s。
BAUD：串口通讯的波特率，默许是9 600。
FOSC：用户体系的时锺频率，默许是4 MHz。
NINE：通讯是否运用第9位数据位，默许不运用。?
FILL_BYTE：程序空间擦除时运用的填充数据，默许值是0xFF。?
PROG_START：用户程序的开端方位，默许是0x200。?
其他的参数能够先不必管，在需求时再修正，它们不影响通讯和下载。
（4） 程序的编译
有两种办法对BootLoader程序进行编译：
① 指令行办法。运用指令行时，典型的用法是：
picc18 -8f452 bootldr.c -o -zg -noerrata?
上麵的终究一个参数 -noerrata是PIC18Fxx2系列单片机需求的，若是其他类型，就不必参加；而参数 -18f452是指定单片机的类型，假如是其他类型，就修正为实践运用的类型。
② 运用MPLAB IDE。运用MPLAB IDE时，首要依照正常办法树立一个新的工程文件，挑选工程文件目录，然后参加HI-TECH的Samples/Bootldr目录下文件bootldr.c和bootldr.h。树立工程文件时，挑选MCU的类型为实践运用的类型，挑选C编译器为HI-TECH的PICC18编译器。
（5） 用户程序的装备
运用HI-TECH版别的BootLoader，对用户程序的修正是十分少和简略的，只需求修正用户程序的偏移量就能够了，而不需求修正任何程序代码或进行任何特别的装备。由于BootLoader程序需求占用0～1FFH的空间，所以用户程序需求从200H处开端运转，即设置程序的偏移量为200H。办法是在MPLAB IDE中，从菜单中挑选Project→Build Options…→Project，在PICC-18 Linker页标下的Specify offset for ROM（ROM代码偏移量）中输入偏移量200（留意这裏输入的现已是十六进制了，不必再转化），如图1所示。
图 1
（6） 程序装备字
关于每个PIC单片机的芯片，都需求设置正确的程序装备字后才干正常运转。尽管在BootLoader中是能够修正装备字的，可是这样并不安全，也不便利。一般状况下，程序装备字设定后是不需求修正的，所以装备字在烧写BootLoader程序时就一同写入单片机芯片，今后就只运用BootLoader来晋级(烧写)程序，这样不会损坏芯片的装备字。
（7） 调试用户程序
平常，在编写和调试用户程序时，仍是和正常办法相同，单片机中不包含BootLoader程序，也不设置偏移量（或许设置为0），以便利运用ICD2等仿真器进行程序仿真。等程序调试好后，再修正程序的偏移量为200H，并从头编译程序，发生终究的用户HEX代码。这样编译好的程序才干够运用BootLoader进行下载。
（8） 下载用户程序
运用HI-TECH的BootLoader程序，在下载用户程序到单片机中时，能够不需求特别的下载程序，只需求运用Windows自带的超级终端程序就能够了。超级终端的通讯参数需求设置成和BootLoader程序的相同，包含波特率、校验、数据位、中止位等。
首要衔接好串口线，再发动超级终端程序，然后複位单片机（单片机中应当现已写入了BootLoader程序）。这时，在超级终端的窗口中会显示出一个倒计时的计数器，计数器的初始值便是上麵的BOOT_TIMEOUT参数。计数器每秒锺改写一次。当计数器为0时，就会运转曾经的程序。假如这期间从超级终端输入恣意数据（便是随意按一个键，或许说单片机从串口上接纳恣意数据），计数器就会中止计数，进入晋级状况。这时BootLoader程序会首要擦除旧的程序空间，然后屏幕上会显示出一个冒号“：”，提示等候下载用户程序。这时就能够从超级终端的菜单中选取传送→发送文本文件，挑选编译好的HEX文件即可。假如下载成功，超级终端的窗口中会显示出一个小括号“)”，提示下载现已完结，一同用户程序会主动开端运转。运用BootLoader下载时，由于串口的速度相对比较慢（与编程器比较），所以需求等候一瞬间。详细时刻与用户程序的巨细有关。假如下载中呈现过错，单片时机主动複位，进入倒计数状况，重複上麵的进程。运用超级终端比较简略，不需求特别的下载软件；可是缺少交互性，没有进程指示，假如下载进程中呈现过错也不能中止下来。
3 BootLoader程序的改善
（1） HI-TECH的BootLoader程序中存在的缺点
尽管HI-TECH版别的BootLoader程序现已很便利了，具有了一切必需的基本要素；可是程序中存在着一些缺点，乃至是很严峻的危险，不太适合于直接运用在实践工程中。下麵是首要存在的几个问题
①BootLoader是以从串口上接纳任何数据为标誌进入BootLoader状况的。进入BootLoader状况后，BootLoader程序做的榜首件工作便是擦除曾经程序的空间。假如在实践运用中，单片机由于某种意外原因被複位，并且複位后运转BootLoader时在串口上有任何数据（如搅扰信号或许体系正处于串口通讯状况），就会形成用户程序的丢掉。
② BootLoader程序中没有运用看门狗。假如晋级失利或许晋级进程中程序死机，将不能恢複到初始的晋级状况。这关于直接串口衔接的办法问题不大，可是需求运用长途晋级时是一个丧命的问题。
③ 在写入用户程序进程中假如呈现数据过错，就会複位，而这时用户程序现已被部分写入了。假如複位后运转BootLoader程序没有收到信号时，会发动用户程序。这样残损的用户程序就或许会形成运转毛病和不行意料的成果。假如看门狗是在用户程序中翻开的，这时就有或许呈现看门狗没有被发动而死机的现象，这是长途晋级中一个严峻的问题。?
④ BootLoader程序中答应写EEPROM和芯片装备字。尽管这样添加了灵活性，可是这样是不安全的。假如装备字不小心设置错了，下载后会使整个芯片不能正常运转。这时需求从头用编程器修正装备字才行。
只要设法战胜上麵说到的缺点，才干将BootLoader程序使用到实践体系中。
（2） 对HI-TECH的BootLoader程序的改善
针对上麵说到的问题，对HI-TECH的BootLoader作了一些修正，删除了部分很少用到的功用和不安全的功用，一同修正了进入BootLoader状况的判别条件。除了运用增强的串口数据辨认办法外，还添加了电平检测的办法，用来判别是否进入BootLoader状况。
① 针对上麵榜首项中的问题，修正为辨认特定字符串才干够进入BootLoader的晋级状况。特定字符串的内容和长度能够由用户自己界说（长度不能超越12字节。在一般状况下，12字节的辨认字符串应当满足长了）。能够运用任何数据（包含0）。
② 添加了特定引脚电平判别办法，在BootLoader程序运转后，判别某个特定的引脚上的电压是否是预订的电压，由此决议是否需求进入BootLoader晋级状况。引脚和预订电压（高/低）能够自在设置。这种办法比较安全，可是不太适合于长途晋级。
③ 添加了看门狗选项，能够设置运用/不运用看门狗。一般设置看门狗的溢出时刻在0.5～2s比较适宜。
④ 添加了编程呼应。在每成功接纳到一行HEX数据后，宣布一个回应字节，用于编程时的过错检测。PC端的下载程序能够依据这个字节来判别下载进程中是否犯错。
⑤ 针对上麵3(1)中③的问题，能够这样处理。将编译后的HEX文件手艺稍作修正，将0x200～0x220（假定用户程序是从0x200开端的）地址段的数据从文件的最初移动到文件的结束。这样0x200处的代码会在终究才写入单片机中。假如写入进程中呈现毛病，複位后即便BootLoader发动了用户程序，也会由于这段区域没有代码而从头複位，而不会去运转部分被写入的用户程序。不过这种办法需求对HEX文件的结构有必定的了解才行。一个简略判别HEX数据地址的办法是,HEX文件的每一行榜首个字符是冒号“:”，冒号后的第3、4、5、6这四个数字就表明这一行数据的地址，是以十六进制表明的。如：“：100200…”就表明地址是0x200。在正常状况下，编译后的HEX文件数据是地址从低到高的顺序排列的。
改善后的程序添加了一部分参数，它们是：
BOOT_SIGNAL——运用单片机引脚电平触发办法进入BootLoader；
BOOT_SIGNAL_PORT——界说电平触发发动办法检测用的引脚；
BOOT_SIGNAL_LEVEL——界说检测电平1=高电平触发，0=低电平触发；
BOOT_TIME_DELAY——运用超时办法进入BootLoader，这个参数和上麵的BOOT_SIGNAL不能一同?运用；
USE_EXTEND_HEX——是否接纳扩展的HEX代码，不运用能够节约代码，主张不必；
USEWDT——是否在BootLoader中运用看门狗，主张运用；
CONFIRM_TIME——联机同步字节数，在超时办法中运用多字节进行同步；
CONFIRM_DATA——用户可界说的联机数据；
USE_ECHOBACK——编程时是否回应，运用能够添加下载时的安全性，主张运用。
运用了BOOT_SIGNAL办法后，与超时办法相关的部分都不复兴效果。这时能够界说运用恣意引脚来断定是否需求进入BootLoader。在运用BOOT_TIME_DELAY(超时办法)时，添加了一些与之相关的内容，如CONFIRM_DATA，能够运用任何特定的字符串来承认是否需求进入BootLoader状况，添加了BootLoader程序的安全性，防止遭到搅扰而误进入程序晋级状况。
（3） 其他改善的主张和办法
① HI-TECH的BootLoader程序接纳的是标準的HEX文件。这在许多时分是不行安全的，不利于程序的加密，简单被反彙编和破解。能够对HEX进行加密处理，变成不能直接检查的数据。
② 运用超级终端进行程序下载速度比较慢,一同，假如下载中呈现过错，超级终端程序不能及时发现中止下来，而是一直把文件发送完才干停下来。这时BootLoader程序会反複进入BootLoader状况，对单片机有必定的损害。最好是自行编写一个计算机端的专用下载程序，不光能够进步下载的速度，也能够进步下载的成功率。
③ 运用RS422/485办法。有些时分，运用的并不是RS232串口，而是RS422/RS485串口。它们实践是相似的，只是在接口办法上有些差异。RS422/RS485需求操控发送，所以在BootLoader程序中添加一个发送操控就能够了。
④ 在BootLoader中，将波特率设置得很高并没有太大的用途，它并不能够进步下载全体的速度，而只能加速数据传输的速度。由于整个下载分为数据通讯（数据传输）和Flash写入/擦除（数据等候）两个部分。程序代码Flash空间的擦除和写入速度是比较慢的（典型值是3～?4 ms），太快了反而简单丢掉数据，形成下载失利。运用9600 bps的波特率时，传输1字节的数据大约是1 ms，接纳一个缓衝区8字节大约需求8 ms，大于写入延时，所以不需求延时；当通讯速率超越9600 bps时，接纳8字节缓衝区的时刻或许会小于写入时刻，需求在通讯中延时。实践运用的测验成果是：运用9600 bps比运用14 400 bps时慢50%，运用57 600 bps比9600 bps快一倍，而运用115 200 bps时与57 600 bps几乎没有任何差异。假如运用超级终端下载，就更没有必要设置高波特率了。由于在运用最常用的三线办法通讯时（没有操控信号），超级终端采用了比较保存的办法发送数据，自身就比较慢。
结语
一个杰出的BootLoader程序应该具有杰出的可维护性并能够正确处理异常状况，不会由于意外状况引起体系的损坏和溃散。
能够在http://shaoziyang.logchina.com/blog/article_156363.936124.html处下载改善后的BootLoader程序（这个程序现已在实践工程中运用了较长时刻，很安稳），以及一个替换超级终端的PIC18专用下载程序(这个程序的下载速度比超级终端快许多，能够自行界说波特率和联机的字符串，具有BootLoader区代码维护功用和下载过错检测功用)。
（编者注：本文为期刊缩写版，全文请见本刊网站www.dpj.com.cn。）
参考文献
1 Microchip.PIC18F1220/1320/2320/6620/6621数据手册
2 Microchip使用阐明AN851：A Flash Bootloader for PIC16 and PIC18 Devices
3 HI-TECH的P%&&&&&%C18（ver8.35pl2）软件的BootLoader程序代码和程序阐明
