基于MC9S12XS128的車載控制器CAN Bootloader的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

田洪杰 孔微

【摘 ?要】飛思卡爾MC9S12XS128控制器刷寫程序按照常規(guī)做法需要使用BDM下載器通過專用接口進(jìn)行刷寫，在車載控制器的開發(fā)過程中需要頻繁的進(jìn)行程序刷寫操作，傳統(tǒng)的刷寫方式操作十分不便。Bootloader技術(shù)能夠使用通用接口對單片機(jī)程序進(jìn)行刷寫，本文基于MC9S12XS128對Bootloader技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用和驗(yàn)證，并成功的實(shí)現(xiàn)了通過CAN接口對程序的刷寫操作。

【關(guān)鍵詞】Bootloader;單片機(jī);CAN總線

1. 技術(shù)背景

車載控制器的開發(fā)周期長，程序控制邏輯復(fù)雜，在開發(fā)過程中會(huì)經(jīng)常對控制器的程序進(jìn)行升級、更改。傳統(tǒng)的程序下載接口需要使用專用下載器進(jìn)行程序的刷寫、修改，當(dāng)控制器裝車后，如果需要修改程序，就需要重新拆卸控制器，操作極為不便。bootloader技術(shù)是預(yù)先在單片機(jī)中刷入一個(gè)底層服務(wù)程序，實(shí)現(xiàn)通過通用接口（如串口或者CAN接口）對單片機(jī)中的程序進(jìn)行刷寫，無需對控制器進(jìn)行重復(fù)拆裝，極大的方便了控制器的開發(fā)過程。也為后續(xù)產(chǎn)品程序的更新升級提供了更便捷的途徑。

MC9S12XS128簡介：

MC9S12XS128單片機(jī)是Freescale的一款成熟的16位經(jīng)型通用控制器，滿足車載環(huán)境要求，在汽車電子、工業(yè)控制等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。本文將使用MC9S12XS128單片機(jī)并通過其CAN接口實(shí)現(xiàn)bootloader功能。

2. CANBootloader 總體設(shè)計(jì)

Bootloader使用CAN接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，因此在單片機(jī)上電后需要對CAN接口進(jìn)行必要的初始化設(shè)置，當(dāng)初始化完成后，bootloader會(huì)監(jiān)聽通信接口的指令，如果收到bootloader刷寫命令，bootloader程序會(huì)跳轉(zhuǎn)到程序刷寫模式。接收上位機(jī)發(fā)送的程序數(shù)據(jù)并寫入到單片機(jī)的P-Flash中，即完成用戶程序的刷寫。在控制器實(shí)際使用時(shí)，大多數(shù)情況下是為了執(zhí)行控制功能，因此在沒有刷寫任務(wù)時(shí)應(yīng)當(dāng)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到用戶程序執(zhí)行。在Bootloader的監(jiān)聽邏輯中，加入了一個(gè)延時(shí)判定條件，當(dāng)端口上長時(shí)間（2s）沒有收到來自上位機(jī)的連接指令，Bootloader將會(huì)跳轉(zhuǎn)到用戶程序的起始地址，并執(zhí)行用戶程序。

3. 自定義協(xié)議

Bootloader使用的是通用數(shù)據(jù)接口，在CAN總線上同時(shí)還會(huì)有其他數(shù)據(jù)的交互。因此需要給bootloader程序和上位機(jī)規(guī)定一套通信協(xié)議，來區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)指令和bootloader刷寫指令。本次設(shè)計(jì)中，將上位機(jī)的ID設(shè)置為02即只有報(bào)文的ID為02時(shí)才判定為執(zhí)行bootloader相關(guān)的指令，另外還規(guī)定了進(jìn)行flash操作的口令以及進(jìn)行flash擦除、flash寫入等指令操作的代碼等，協(xié)議規(guī)則如下。

4. 內(nèi)存劃分

Boot loader程序與用戶程序需要分別存儲在不同的內(nèi)存區(qū)域，這樣在程序執(zhí)行時(shí)才能避免兩個(gè)程序的數(shù)據(jù)相互干擾。因?yàn)锽oot loader程序在程序啟動(dòng)時(shí)就需要執(zhí)行，所以把bootloader劃分到存儲區(qū)域的起始區(qū)塊，剩余區(qū)域劃分為用戶區(qū)域，用于存儲用戶程序，用戶程序存儲區(qū)域的起始劃分為向量表地址。地址的劃分可以在程序工程的prm文件中進(jìn)行，具體的地址劃分如下。

0x4000 TO ? 0x43FF ;//1kB ?用于 bootloader

0x4400 TO ? 0x47FF RELOCATE_TO 0x3C00;//映射到RAM

0xC000 TO ? 0xDEFF ;//用戶程序中斷向量表

0xE100 TO ? 0xFEFF ;//用戶程序

劃分完成后在編寫程序時(shí)將程序按照劃分的地址進(jìn)行分配即可。

5. Bootloader 運(yùn)行實(shí)現(xiàn)

在Bootloader執(zhí)行flash刷寫操作時(shí)，因?yàn)樗懙氖浅绦虼鎯^(qū)域，需要將程序（bootloader程序）復(fù)制到單片機(jī)RAM中運(yùn)行。在bootloader的通信程序中用到了CAN接收中斷，在RAM中運(yùn)行程序時(shí)，需要將Bootloader 的中斷向量表映射到內(nèi)存中的相應(yīng)區(qū)域，程序復(fù)制到RAM和中斷向量偏移代碼如下。

MoveCodeIntoRam（（byte *）0x4400， （byte *）0x3C00，0x400）; //代碼復(fù)制到RAM

IVBR= 0x3F; ?//偏移中斷向量表

*（UINT16*）（0x3F00+0xB2）=（UINT16）CAN_receive; //中斷向量重定向

Bootloader程序復(fù)制到RAM中運(yùn)行后，就可以進(jìn)行P-Flash的刷寫操作。通過CAN接口接收上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)寫入到對應(yīng)的地址。需要注意的是MC9S12XS128單片機(jī)在執(zhí)行Flash擦除操作時(shí)最小擦除單位是1扇區(qū)，寫入時(shí)是一次寫入8個(gè)字節(jié)。當(dāng)bootloader完成Flash刷寫后，需要將程序的運(yùn)行位置跳轉(zhuǎn)到用戶程序，程序代碼如下。

asm LDX ?startaddr;

asm JMP ? 0，X ;

上位機(jī)發(fā)送的跳轉(zhuǎn)指令和啟動(dòng)后的超時(shí)跳轉(zhuǎn)判斷條件都能激活上述的跳轉(zhuǎn)語句。

6. S19文件解析及上位機(jī)通信實(shí)現(xiàn)

控制程序在CodeWarrior軟件中編譯完成后會(huì)自動(dòng)生成S19格式的文件，文件記錄了刷寫到MCU中的數(shù)據(jù)和對應(yīng)的地址。S19文件中的數(shù)據(jù)由很多行（又稱為記錄）組成，根據(jù)每行的起始標(biāo)注了記錄的類型、數(shù)據(jù)長度、存儲區(qū)的起始地址、數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)校驗(yàn)。根據(jù)S19文件的規(guī)則，上位機(jī)可以解析出程序要刷寫的地址和要寫入的數(shù)據(jù)。上位機(jī)解析完數(shù)據(jù)后按照通信協(xié)議將刷寫指令和刷寫數(shù)據(jù)通過CAN接口傳送給單片機(jī)，bootloader對相應(yīng)的存儲區(qū)域進(jìn)行刷寫操作，上位機(jī)的編寫過程本文不再贅述。

7. 結(jié)束語（功能、不足等）

本次設(shè)計(jì)通過實(shí)際驗(yàn)證，可以進(jìn)行控制器程序的刷寫，用戶程序正確運(yùn)行，并在某型控制器的開發(fā)過程中進(jìn)行了成功應(yīng)用。較傳統(tǒng)的程序刷寫方式節(jié)省了大量的時(shí)間。當(dāng)然，本次設(shè)計(jì)的bootloader通信指令較為簡單，僅對flash的基本讀寫操作做了規(guī)定，并沒有對接收到的S19文件數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，后續(xù)會(huì)繼續(xù)完善這部分的功能。

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