AVR BootLoader详解

### AVR BootLoader详解 #### 1. 引言 AVR BootLoader技术是现代嵌入式系统中一种非常重要的功能，特别是在那些需要现场更新或维护的设备中。它允许微控制器(MCU)通过各种通信接口（如USB、UART等）进行固件升级，无需物理接触即可实现软件的更新。本文将详细介绍ATmega128 MCU如何利用其内置的BootLoader功能实现程序的自我编程（In-System Programming, ISP）和自更新。 #### 2. AVR BootLoader概念 AVR BootLoader是一个小型程序，通常驻留在微控制器的闪存中，能够通过特定的通信协议（如Xmodem、Ymodem等）接收新固件并通过闪存编程接口将其写入微控制器的非易失性存储器中。这一特性使得AVR系列的微控制器能够在不改变硬件配置的情况下进行软件更新，极大地方便了产品的维护和支持。 #### 3. AVR BootLoader的工作原理 ##### 3.1 基本设计思想 AVR BootLoader的设计主要关注以下几个方面： - **通信接口**: BootLoader需要通过某种通信接口与外部设备通信，以接收新固件。 - **通信协议**: BootLoader需支持一种或多种通信协议，用于确保数据的可靠传输。 - **程序更新**: 在接收到完整的新固件后，BootLoader需要将这些数据正确写入微控制器的闪存区域。 - **自我保护**: BootLoader通常还需要具备一定的自我保护机制，防止意外删除或修改，确保系统的稳定性和安全性。 ##### 3.2 Xmodem通信协议 Xmodem协议是一种常用的简单文件传输协议，特别适用于嵌入式系统中。它的主要特点是： - **数据块**: 每次传输128字节的数据块，并通过校验和来验证数据的完整性。 - **校验机制**: 每个数据块都包含校验和，用于确保数据的准确性。 - **控制字符**: 用于启动传输、确认接收或请求重传等操作。 - **终止条件**: 当所有数据传输完毕后，发送端会发送特定的结束字符。 #### 4. ATmega128的BootLoader设计 对于ATmega128来说，BootLoader设计的关键在于利用其内置的USART接口和Xmodem协议实现与外部主机之间的数据交换。具体步骤如下： 1. **USART配置**: 设置USART以38400bps的波特率工作，实现与PC之间的RS232通信。 2. **Xmodem协议实现**: 实现Xmodem协议栈，确保能够按照Xmodem的规定正确接收和处理数据包。 3. **Flash编程**: 利用AVR的编程接口将接收到的新固件写入指定的Flash区域。 4. **跳转至用户程序**: 更新完成后，BootLoader需跳转至新程序的入口地址，执行新的固件。 #### 5. 源代码分析 下面是一段简单的BootLoader程序示例，用于说明如何实现上述功能： ```c #include <avr/io.h> #include <avr/interrupt.h> #include <avr/sleep.h> #define SPM_PAGESIZE 256 // M128的一个Flash页为256字节 #define BAUD 38400 // 波特率采用38400bps #define CRYSTAL 16000000 // 系统时钟16MHz // 计算和定义M128的波特率设置参数 #define BAUD_SETTING ((unsigned long)CRYSTAL / (16 * (unsigned long)BAUD) - 1) #define BAUD_H ((unsigned char)(BAUD_SETTING >> 8)) ``` 这段代码展示了BootLoader的部分初始化工作，包括USART配置、波特率设置等。通过这些配置，可以实现微控制器与PC之间的数据通信，进而完成固件的更新。 #### 6. 结论 AVR BootLoader技术为嵌入式系统的软件更新提供了极大的便利，尤其是对于那些部署在偏远地区的设备而言。通过合理设计BootLoader程序，不仅可以简化固件更新的过程，还能提高系统的稳定性和安全性。未来，随着通信技术的发展，AVR BootLoader的应用将会更加广泛。