基于MC9S12XS128的車載控制器CAN Bootloader的設計與實現

田洪杰 孔微

【摘 ?要】飛思卡爾MC9S12XS128控制器刷寫程序按照常規做法需要使用BDM下載器通過專用接口進行刷寫，在車載控制器的開發過程中需要頻繁的進行程序刷寫操作，傳統的刷寫方式操作十分不便。Bootloader技術能夠使用通用接口對單片機程序進行刷寫，本文基于MC9S12XS128對Bootloader技術進行了應用和驗證，并成功的實現了通過CAN接口對程序的刷寫操作。

【關鍵詞】Bootloader;單片機;CAN總線

1. 技術背景

車載控制器的開發周期長，程序控制邏輯復雜，在開發過程中會經常對控制器的程序進行升級、更改。傳統的程序下載接口需要使用專用下載器進行程序的刷寫、修改，當控制器裝車后，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技術是預先在單片機中刷入一個底層服務程序，實現通過通用接口（如串口或者CAN接口）對單片機中的程序進行刷寫，無需對控制器進行重復拆裝，極大的方便了控制器的開發過程。也為后續產品程序的更新升級提供了更便捷的途徑。

MC9S12XS128簡介：

MC9S12XS128單片機是Freescale的一款成熟的16位經型通用控制器，滿足車載環境要求，在汽車電子、工業控制等領域具有廣泛的應用。本文將使用MC9S12XS128單片機并通過其CAN接口實現bootloader功能。

2. CANBootloader 總體設計

Bootloader使用CAN接口進行數據通信，因此在單片機上電后需要對CAN接口進行必要的初始化設置，當初始化完成后，bootloader會監聽通信接口的指令，如果收到bootloader刷寫命令，bootloader程序會跳轉到程序刷寫模式。接收上位機發送的程序數據并寫入到單片機的P-Flash中，即完成用戶程序的刷寫。在控制器實際使用時，大多數情況下是為了執行控制功能，因此在沒有刷寫任務時應當自動跳轉到用戶程序執行。在Bootloader的監聽邏輯中，加入了一個延時判定條件，當端口上長時間（2s）沒有收到來自上位機的連接指令，Bootloader將會跳轉到用戶程序的起始地址，并執行用戶程序。

3. 自定義協議

Bootloader使用的是通用數據接口，在CAN總線上同時還會有其他數據的交互。因此需要給bootloader程序和上位機規定一套通信協議，來區分數據指令和bootloader刷寫指令。本次設計中，將上位機的ID設置為02即只有報文的ID為02時才判定為執行bootloader相關的指令，另外還規定了進行flash操作的口令以及進行flash擦除、flash寫入等指令操作的代碼等，協議規則如下。

4. 內存劃分

Boot loader程序與用戶程序需要分別存儲在不同的內存區域，這樣在程序執行時才能避免兩個程序的數據相互干擾。因為Boot loader程序在程序啟動時就需要執行，所以把bootloader劃分到存儲區域的起始區塊，剩余區域劃分為用戶區域，用于存儲用戶程序，用戶程序存儲區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將程序按照劃分的地址進行分配即可。

5. Bootloader 運行實現

在Bootloader執行flash刷寫操作時，因為刷寫的是程序存儲區域，需要將程序（bootloader程序）復制到單片機RAM中運行。在bootloader的通信程序中用到了CAN接收中斷，在RAM中運行程序時，需要將Bootloader 的中斷向量表映射到內存中的相應區域，程序復制到RAM和中斷向量偏移代碼如下。

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

IVBR= 0x3F; ?//偏移中斷向量表

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

Bootloader程序復制到RAM中運行后，就可以進行P-Flash的刷寫操作。通過CAN接口接收上位機發送的數據并將數據寫入到對應的地址。需要注意的是MC9S12XS128單片機在執行Flash擦除操作時最小擦除單位是1扇區，寫入時是一次寫入8個字節。當bootloader完成Flash刷寫后，需要將程序的運行位置跳轉到用戶程序，程序代碼如下。

asm LDX ?startaddr;

asm JMP ? 0，X ;

上位機發送的跳轉指令和啟動后的超時跳轉判斷條件都能激活上述的跳轉語句。

6. S19文件解析及上位機通信實現

控制程序在CodeWarrior軟件中編譯完成后會自動生成S19格式的文件，文件記錄了刷寫到MCU中的數據和對應的地址。S19文件中的數據由很多行（又稱為記錄）組成，根據每行的起始標注了記錄的類型、數據長度、存儲區的起始地址、數據以及數據校驗。根據S19文件的規則，上位機可以解析出程序要刷寫的地址和要寫入的數據。上位機解析完數據后按照通信協議將刷寫指令和刷寫數據通過CAN接口傳送給單片機，bootloader對相應的存儲區域進行刷寫操作，上位機的編寫過程本文不再贅述。

7. 結束語（功能、不足等）

本次設計通過實際驗證，可以進行控制器程序的刷寫，用戶程序正確運行，并在某型控制器的開發過程中進行了成功應用。較傳統的程序刷寫方式節省了大量的時間。當然，本次設計的bootloader通信指令較為簡單，僅對flash的基本讀寫操作做了規定，并沒有對接收到的S19文件數據進行校驗，后續會繼續完善這部分的功能。

參考文獻

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