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之前的發(fā)的帖子提到了基于STC8A8K64S4A12單片機(jī)的bootloader實(shí)現(xiàn)程序的更新，并且測(cè)試可以正常跳轉(zhuǎn)運(yùn)行。今天這篇帖子會(huì)詳細(xì)介紹片外型的bootloader實(shí)現(xiàn)程序在線升級(jí)，在介紹之前，我先介紹自己了解的市面上主流產(chǎn)品bootloader升級(jí)方式。
根據(jù)是否主動(dòng)升級(jí)，可以分為主動(dòng)升級(jí)和被動(dòng)升級(jí)主動(dòng)。升級(jí)就是單片機(jī)自己能同時(shí)主動(dòng)獲取和更新內(nèi)部flash的程序。另外一種升級(jí)方式就是被動(dòng)升級(jí)，一般借助燒錄器燒錄程序都屬于被動(dòng)升級(jí)的方式。主動(dòng)升級(jí)的架構(gòu)一般由引導(dǎo)程序（bootloader）和用戶程序（app）組成，bootloader主要起到升級(jí)程序引導(dǎo)和切換的作用，app是程序升級(jí)的對(duì)象。后面的內(nèi)容討論的是都是主動(dòng)升級(jí)方式。
根據(jù)是否外掛flash，可以分為片上型（onchip）和片外型（offchip）兩種。片上型，單片機(jī)沒有外掛flash，程序升級(jí)全部依靠單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)。比較典型的是CC2541的OTA（空中升級(jí)），CC2541將內(nèi)部存儲(chǔ)分成BIM、Image A和Image B。其中BIM是引導(dǎo)程序，Image A和Image B是用戶應(yīng)用程序。當(dāng)執(zhí)行在Image A時(shí)，可以升級(jí)Image B程序，完成后重啟，讓BIM選擇切換運(yùn)行Image B程序，反之亦然。這種方式有優(yōu)點(diǎn)，亦有缺點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)就是OTA過(guò)程中如果失敗，不怕程序奔潰，頂多不切換就行，缺點(diǎn)就是兩個(gè)功能類似的用戶程序占用更多存儲(chǔ)空間。片外型，單片機(jī)有外掛flash，程序升級(jí)時(shí)單片機(jī)的用戶程序先將升級(jí)數(shù)據(jù)寫入到外部flash中，完成后重啟，重啟后bootloader會(huì)將外部flash的升級(jí)數(shù)據(jù)讀出，然后寫入到內(nèi)部flash，完成后，切換到升級(jí)后的用戶程序。比較典型的是CC2640R2F的OTA-Offchip。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是將外部flash作為升級(jí)程序數(shù)據(jù)緩存，無(wú)需占用內(nèi)部flash，用戶程序存儲(chǔ)空間利用率高，缺點(diǎn)就是需要增加一片flash的成本。
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2020-1-26 16:59 上傳
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2020-1-26 16:59 上傳
根據(jù)傳輸媒介，可以分為無(wú)線升級(jí)和有線升級(jí)。無(wú)線升級(jí)，一般常見SOC方案如：BLE（低功耗藍(lán)牙）、ZigBee、sub-1G、wifi和自定義2.4G等，這些應(yīng)用可以利用無(wú)線傳輸升級(jí)數(shù)據(jù)包來(lái)實(shí)現(xiàn)程序升級(jí)。比如CC2541的OTA升級(jí)，由于CC2541內(nèi)置2.4G射頻端口，Image A和Image B這兩個(gè)程序都有藍(lán)牙協(xié)議棧，利用協(xié)議棧，可以輕松調(diào)制輸出BLE信號(hào)，也可以接收解析BLE信號(hào)。手機(jī)連接CC2541后，升級(jí)文件通過(guò)藍(lán)牙發(fā)送給CC2541，CC2541邊接收數(shù)據(jù)包，邊擦寫內(nèi)部flash，直到完成擦寫。有線升級(jí)，主要利用串口、SPI、燒錄器和外部flash等來(lái)傳輸升級(jí)程序。
接下來(lái)，我介紹一下本次STC8A8K64S4A12單片機(jī)采用片外型來(lái)在線升級(jí)程序功能實(shí)現(xiàn)。
首先是空間分配問(wèn)題，STC8A8K64S4A12單片機(jī)的程序存儲(chǔ)空間ROM有64K，ROM的擦除是按照512字節(jié)/扇區(qū)，所以存儲(chǔ)空間分配要按照512字節(jié)的整數(shù)倍。我將前面3K存儲(chǔ)空間（0x0000-0x0BFF）分配給BIM程序區(qū)來(lái)作為bootloader，剩下61K存儲(chǔ)空間（0x0C00-0xFFFF）分配給IMAGE程序區(qū)。開發(fā)板的外部flash型號(hào)是W25X16CL，存儲(chǔ)空間為2M。由于flash的擦除是按照4K/扇區(qū)，所以存儲(chǔ)空間分配要按照4K的整數(shù)倍。我將前面的4K存儲(chǔ)空間作為IMAGE文件信息區(qū)，將接下來(lái)的64K存儲(chǔ)空間作為IMAGE文件數(shù)據(jù)區(qū)。
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2020-1-26 21:22 上傳
處理好空間分配問(wèn)題，接下來(lái)就是BIM工程和IMAGE工程的功能實(shí)現(xiàn)了。BIM工程比較簡(jiǎn)單，只要上電后讀取W25X16CL的IMAGE文件信息查看否更新標(biāo)志。如果有更新標(biāo)志，則加載W25X16CL的IMAGE文件數(shù)據(jù)到IMAGE程序區(qū)中，完成后，擦除W25X16CL的數(shù)據(jù)，再跳轉(zhuǎn)到IMAGE程序區(qū)。如果沒有更新標(biāo)志，則直接跳轉(zhuǎn)到IMAGE程序區(qū)。IMAGE工程就相對(duì)復(fù)雜點(diǎn)，其中比較麻煩的是如何將IMAGE文件加載到W25X16CL中。這里采用了開源的Fatfs32文件系統(tǒng)，再掛載SD卡，這樣就能方便地保存和讀取IMAGE文件了。保存在SD卡的是IMAGE.bin文件，這種格式不帶地址等信息，占用空間小。升級(jí)時(shí)，單片機(jī)將SD中的IMAGE.bin文件加載到W25X16CL中，完成后，STC8A8K64S4A12單片機(jī)軟復(fù)位，BIM程序區(qū)的bootloader會(huì)加載W25X16CL的IMAGE文件數(shù)據(jù)到內(nèi)部flash中。
另外一個(gè)需要解決的問(wèn)題是hex文件合并的問(wèn)題。BIM工程和IMAGE工程是兩個(gè)不同的獨(dú)立工程，編譯后可以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的hex文件，正常工作的條件是將同時(shí)燒錄兩個(gè)工程對(duì)應(yīng)的hex文件。由于STC-ISP不支持兩次燒錄來(lái)合并hex文件，所以需要先將hex文件合并成一個(gè)BIM+IMAGE.hex文件，然后再用STC-ISP燒錄到STC8A8K64S4A12單片機(jī)中。這里我采用python的intelhex庫(kù)里面的hexmerge.py，再用pyinstaller將hexmerge.py打包成hexmerge.exe執(zhí)行文件，這樣就算沒有安裝python環(huán)境也可以運(yùn)行。在IAR的配置里面的post-build command line填寫調(diào)用hexmerge.exe的命令語(yǔ)句，IAR在程序編譯后會(huì)調(diào)用hexmerge.exe，合并產(chǎn)生BIM+IMAGE.hex文件。一般BIM程序編譯完就不管它了，改動(dòng)都是IMAGE程序。調(diào)試時(shí)，將BIM+IMAGE.hex燒錄到STC8A8K64S4A12單片機(jī)運(yùn)行即可。
下面是自己測(cè)試的BIM工程圖片
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2020-1-26 16:59 上傳
下面是自己測(cè)試IMAGE工程（image 1）
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下面是自己測(cè)試IMAGE工程（image 2）
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2020-1-26 16:59 上傳
下面是編譯生成文件
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2020-1-26 16:59 上傳
其中，BIM+IMAGE.hex是燒錄到STC8A8K64S4A12單片機(jī)中的，每次調(diào)試都是燒錄這個(gè)文件。IMAGE.bin是升級(jí)文件，需要將IMAGE.bin拷貝到SD卡中，STC8A8K64S4A12單片機(jī)會(huì)從SD加載升級(jí)文件實(shí)現(xiàn)升級(jí)。
下面是測(cè)試打印的結(jié)果
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2020-1-26 16:59 上傳
在SD卡里面存放2個(gè)軟件版本的升級(jí)文件（image1.bin和image2.bin），打印測(cè)試顯示可以正常來(lái)回切換升級(jí)程序。
可以看到，只要往W25X16CL寫入升級(jí)文件和文件信息，就可以實(shí)現(xiàn)升級(jí)。如果不用SD卡，也可以通過(guò)其他方式獲取升級(jí)文件，比如用NRF24L01模塊接收升級(jí)文件，再將升級(jí)文件加載到W25X16CL，這樣也算是無(wú)線升級(jí)了。也可以連接電腦串口，接收串口的升級(jí)文件，再將升級(jí)文件加載到W25X16CL。方法多樣，具體選擇哪種，要按照實(shí)際情況選擇。
下面是實(shí)物照片
IMG_20200126_164455.jpg (3.5 MB, 下載次數(shù): 49)
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2020-1-26 16:59 上傳
附件是BIM工程和IMAGE工程，有興趣的話，可以下載查看。
在線升級(jí).7z
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2020-1-29 14:43 上傳
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