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☆  AVR 通用 Bootloader 使用说明  ☆
☆  AVR Universal Bootloader      ☆
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基本介绍
主要特点
程序版本
开发环境
项目文件
使用方法
主要参数
支持型号
常见问题
特别感谢
使用许可

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基本介绍

这个程序的主要目的是为了提供一个具有通用性的 AVR Bootloader，不同型号的AVR单片机只需要修改一下几个简单的配置参数就可以直接使用了，不需要再修改主程序。因为现在网上流传的很多 Bootloader程序都是针对某个或几个特定型号的，在换用其它型号后，需要对程序进行较多的修改；而且很多Bootloader程序虽然实现了基本功能，但是存在着一些缺陷或隐患，或者使用起来不够方便，所以我写了这个程序。它是在网上流传的马潮老师的ATmega128 Bootloader程序的基础上，结合了我以前在PIC18单片机中使用Bootloader的一点经验，以及学习自AVR USB中一些使用宏定义的技巧，再经过多次优化和反复测试后得出的。 

这个通用的Bootloader可以支持大部分具有自编程功能、带有Boot区和UART串口的AVR单片机（主要是Mega系列）。如果是多串口的单片机，可以任意选择使用其中的一个串口。程序支持RS232/RS485/RS422方式，如果程序稍加修改，也应当可以很容易的支持USI、SPI、I2C等接口。

整个Bootloader最大占用不到1K Word的空间。在最小情况下，占用的空间不到300 Word（具体占用空间的大小与单片机的型号、配置的参数、功能裁剪的多少以及程序的优化等级有关）。

 

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主要特点

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程序版本

v3.1 2007.Sep

根据Douglas Hammond的建议，调整了串口初始化中寄存器的顺序（据说在M32上存在初始化的问题，因为我没有M32所以没有测试过，但是有其他网友以前报告没有问题）
 

v3.0

2007.Jun

修正了ATmega162中一个错误。
修改串口号的设定
通过了AVR GCC 4.1.2(WinAVR20070525)版本的测试
 
v2.0

2007.Apr.10

增加Flash写入校验功能，极大的提高了Bootloader的可靠性。
 
v1.2 2007.Apr.02

修正了串口寄存器计算中的一个隐含错误（这个错误很常见，包括在很多书中和网上的程序中都能见到），造成部分波特率的计算会出错。
同时修正了波特率误差判断。
 

v1.0

2007.Mar.22

第一版，实现全部基本功能，并扩展了XModem协议以适合不同的应用（可变缓冲区长度和多种校验方式）。
     

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开发环境

本项目的开发环境是：WinAVR + AVR Studio

WinAVR版本：        20070025
AVR Studio版本：    4.13.528

本项目通过了WinAVR的多个版本的测试，但是早期的版本在编译某些型号的单片机中存在一些Bug。

本项目中所有文件都以AVR Studio作为IDE进行调试，可以使用JTAG mk-II仿真器或其他仿真工具进行调试。使用AVR Studio的好处是可以不用手工修改makefile文件，不容易出错，降低了初学者上手的难度。当然也可以使用其他工具软件，如KamAVR、AtmanAVR、PN等代替AVR Studio进行开发。

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项目文件

整个Bootloader主要由以下几个文件组成：

bootldr.c           主程序
bootldr.h           主程序的头文件
bootcfg.h           主程序的用户配置文件
bootldr.aps         主程序的AVR Studio的项目文件
test.c              串口通信的测试程序
testcfg.h           test.c的配置文件
test.aps            test的项目文件
readme.txt          本说明文件
readme.htm          本说明文件的HTML版本

因为很多人都有AVR Butterfly试验板，所以这里的项目文件都以AVR Butterfly为例。如果使用了其它的硬件环境，只需要简单的修改配置参数。

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使用方法

  1. 建立一个新的项目，并将上面的文件复制到新项目所在的文件夹中；
  2. 添加bootldr.c、bootldr.h、bootcfg.h三个文件到项目中；
  3. 在bootcfg.h中修改配置参数，参数的含义见下面小节；
  4. 设置项目的Flash段地址为Bootloader的起始地址，设置时注意地址是按照字(word)计算的。同时还要设置单片机型号等相关参数（如果使用AVR Studio或KamAVR，可以直接在IDE中设置；否则需要自行修改makefile文件）；
  5. 编译项目，产生最终的目标文件；
  6. 使用编程器烧录Bootloader的目标文件到单片机；
  7. 通过设置相应的加密位和熔丝位来选择Boot区大小和使能Boot Reset向量；
  8. 通过串口联机，进行升级测试。

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主要参数

下面的参数很重要，请按照用户系统的要求仔细设置：

参数 说明

BUFFERSIZE

串口缓冲区大小，使用超级终端时必须等于128。这个参数应当是单片机页面大小SPM_PAGESIZE的倍数或约数

F_CPU

系统时钟频率（Hz）

BAUDRATE

串口通信使用的波特率（bps）

LEVELMODE

Bootloader触发模式（0=串口 1=电平）

timeclk

基本时间间隔（ms）

TimeOutCnt

Bootloader启动超时计数（<=255）

TimeOutCntC

等待接收文件的超时计数（<=255）

CONNECTCNT

联机密码长度

KEY

联机密码，任意16进制或字符串

COMPORTNo

串口号，多串口的单片机是串口号（0/1/2...），单串口的单片机一般是空，也有的需要设置为0（特别是新的型号，如ATmega168）

WDGEn

使能看门狗

RS485

使能RS485/RS422

RS485PORT

RS485/RS422发送的控制端口（A/B/C/D...）

RS485TXEn

RS485/RS422发送控制的引脚（PC0/PC1/PC2...）

LEDEn

LED状态指示使能

LEDPORT

LED使用的端口

LEDPORTNo

LED使用的引脚

InitDelay

额外的延时（某些型号的单片机需要，如ATmega8）

VERBOSE

提示模式，显示更多的提示信息，方便超级终端下的交互输入

CRCMODE

通信校验模式（0=XMODEM的CRC校验 1=简单的累加和）

BootStart

Boot区起始地址: 按字节计算

ChipCheck

校验写入的数据。这个参数必须和BootStart联合使用

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支持型号

AVR通用Bootloader已经在多种型号的AVR单片机中测试通过，下面是我测试过的型号：

  ATmega8
  ATmeag64
  ATmega128
  ATmega168
  ATmega169(Bufferfly) 

下面是其他网友测试过的型号：

  ATmega16
  ATmega32
  ATmega162 

如果你成功使用了不在上面列表中型号，请给我发EMail,以便及时添加到列表中。

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常见问题

1.

问：

怎样保护Bootloader区？
 

答：

为了保护Bootloader区本身不被意外改写，需要设置Bootloader区的保护。通常是将BLB1锁定位设置成模2或3，禁止对Bootloader区写操作。此外设置BootStart也可以保护Bootloader区，超过BootStart的数据将被Bootloader所忽略，不会写入到Flash中。
 
2.

问：

为什么需要在bootloader中使用看门狗？
 

答：

为了增加系统的稳定性，通常应当允许看门狗，这样在意外情况下可以由看门狗将系统复位，防止在升级过程中进入死循环。
 
3.

问：

是否支持使用超级终端作为上位机软件进行升级？
 

答：

这个程序支持使用超级终端作为上位机软件进行下载。如果使用超级终端下载，那么串口缓冲区的大小必须定义为128，同时要将等待密码和等待文件的超时时间设置大一些（TimeOutCnt/TimeOutCntC和timeclk的乘积）,避免来不及输入而超时造成不能进入Bootloader模式；否则可以设置小一些，缩短启动带来的延时。使用超级终端时，注意密码不要设置得太长，一般以1-3个字符为好，不然很难输入成功。此外校验方式CRCMODE需要设置为0，下载前还需要将用户的HEX目标文件转换为BIN格式。下载时，在超级终端中输入联机密码后，在发送文件时选择标准XMODEM协议就可以下载BIN格式的用户程序了。
其实本项目中带的专用上位机下载软件也不错的，支持HEX和BIN文件格式，下载时只需要按一下鼠标，适合于批量下载，推荐使用。
 
4.

问：

怎样判断串口通信是否正常（硬件连接是否正常）？
 

答：

示例程序test.c可以用于测试系统的串口通信是否正常。程序运行时不断向串口发送数据（默认是一个">"），同时检测串口是否收到数据。如果接收到数据，就将发送的数据改为新收到的数据。可以用超级终端联机调试。如果在调试Bootloader遇到问题，无法通信时可以先试试这个程序是否可以正常运行。如果test可以正常运行，那么一般就没有太大的问题了。
 
5.

问：

为什么升级完后不能跳转到用户程序？
 

答：

如果不能正确跳转到用户程序，一般有两种情况：一是使用的GCC编译器存在bug，造成某些型号的单片机不能正确跳转。可以尝试升级GCC到新版本，也可以查看反汇编代码进行分析（在AVR Studio的仿真模式下查看Disassemble，软件仿真或硬件仿真模式都可以）。再就是某些型号的AVR单片机需要设置特定熔丝位。有的时候，因为使用的编程器的问题造成没有正确设置熔丝位，造成无法跳转到用户程序。
 
6.

问：

怎样裁剪掉不用的功能？
 

答：

在bootcfg.h文件中有很多宏定义，将宏设置为0，或者设置为空就可以将其对应的功能裁剪。比如不使用LED指示状态的功能，可以将宏LEDEn设置为0。
 
7.

问：

怎样减少Bootloader代码的大小，留出更多空间给用户程序？
 

答：

可以裁减掉不必要的功能，如冗余的提示信息、LED状态指示、将CRC校验改为累加和校验等。还可以打开程序的优化选项，选择代码大小优化。不同版本的GCC之间的优化效果是不同的。此外C语言优化时具有一定的不确定性，选用代码大小优化得到的最终代码有时并不是最小的。
 
8.

问：

是否可以支持其它C编译器？
 

答：

本项目使用了WinAVR带有的GCC编译器，其它编译器目前没有试验过。IAR C编译器和GCC最为接近，我想只要做很小的修改就可以了（AVR USB就是可以同时GCC和IAR C编译器）；其它编译器应当也可以，因为我在编写代码时，是尽量按照ANSI C的规范编写。可能需要修改的地方应该在头文件部分，以及一些寄存器的名称上。不同的C编译器在声明同样的寄存器或参数时存在一些差异。
 
9.

问：

在什么地方可以下载本程序的最新版本？
 

答：

在 http://shaoziyang.googlepages.com 或 http://shaoziyang.bloger.com.cn 上可以下载到最新版本。一般情况下我也会在OURAVR上提供最新的版本。如果有任何建议，或者上述地址无法访问时，可以发EMail到 shaoziyang@gmail.com。
 

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特别感谢

在此特别感谢下面这些为此程序做出贡献的人：

刘海涛

在程序编写和调试时提供了很多帮助和资料

tda1552

测试了ATmega32

徐延康

发现HEX文件转换中错误

倪恩伟

提出许多有用的建议

程翔

帮助翻译此文档成英文

以及很多没有留下姓名但提出宝贵建议或进行了测试的网友。

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使用许可

本项目基于GPL协议。

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邵子扬 2007.6 于武汉

 

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