用xModem协议的AVR单片机的BootLoader设计.pdf

### 使用xModem协议的AVR单片机BootLoader设计详解 #### 一、AVR单片机的特点 Atmel公司的AVR系列单片机以其高性能、低功耗等特点著称，广泛应用于各种嵌入式系统中。对于BootLoader的设计来说，AVR单片机的一些特性尤为重要： 1. **内置Flash**: AVR单片机内部集成了Flash存储器，这使得它可以直接运行存储在Flash中的程序，而无需外部存储设备。更重要的是，这些单片机具备自编程功能，即可以通过特定指令对内部Flash进行读写操作，这对于实现BootLoader功能至关重要。 2. **串行通信**: AVR单片机通常配备一个或多个串行通信接口(SPI、USART等)，这些接口支持多种通信协议，包括xModem等，从而为BootLoader通过串口接收程序更新提供了可能。 #### 二、BootLoader的原理 BootLoader是一种特殊的程序，它的主要任务是在系统启动时加载并运行操作系统或其他应用程序。具体到AVR单片机的BootLoader，其核心功能包括： 1. **程序升级**: 当需要对AVR单片机中的应用程序进行更新时，BootLoader负责接收新版本的程序代码并通过xModem等协议将其写入单片机的Flash存储器中。 2. **程序引导**: 在程序升级完成后，BootLoader会自动跳转至新的应用程序入口处，开始执行新的程序。 3. **异常处理**: 在无法进行程序升级的情况下，BootLoader还需要能够检测到异常并采取相应的措施，比如重试或恢复到旧版本。 #### 三、xModem协议详解 xModem协议是一种简单的文件传输协议，常用于低速数据传输场景。它适用于AVR单片机BootLoader的设计，原因在于： 1. **简单易用**: xModem协议结构简单，易于实现，特别适合资源受限的单片机环境。 2. **可靠传输**: 每个数据包都会经过校验和确认，确保数据的准确无误传输。 **xModem协议的具体格式如下**: - `` (Start of Heading): 用来标识数据包的开始。 - ``: 表示数据块的编号。 - `<~BlockNo>`: `` 的取反。 - ``: 包含128字节的有效数据，不足128字节时需要填充。 - ``: 数据块的校验和。 **典型的数据传输流程**: 1. **握手阶段**: 接收方首先发送`NAK`信号，发送方接收到后发送包含数据块的第一包数据。 2. **数据传输**: 发送方发送数据块，接收方对接收到的数据进行校验，并发送`ACK`或`NAK`作为应答。 3. **结束**: 所有数据传输完毕后，发送方发送`EOT`信号表示结束，接收方再发送一次`ACK`确认。 #### 四、基于xModem协议的BootLoader程序设计 1. **硬件配置**: - 使用RS-232接口进行数据传输。 - 波特率设置为115200bps。 - 数据位8位，停止位1位，无奇偶校验。 2. **软件实现**: - **串口接收中断**: 为了高效处理接收数据，采用中断方式实现。 - **超时处理**: - 握手阶段的超时处理: 利用Timer1作为定时器，每超时1秒重发握手信号。 - 数据块中的超时处理: Timer1溢出中断服务程序中设置超时标志，当接收到数据时在中断服务程序中复位Timer1。 3. **BootLoader流程**: - **上电复位**: 单片机上电后进入BootLoader模式。 - **等待命令**: 监听串口是否有升级命令。 - **程序升级**: 收到升级命令后，按照xModem协议接收并存储新程序。 - **程序执行**: 升级完成后，跳转至新程序入口开始执行。 - **超时处理**: 若长时间未接收到升级命令，则直接执行旧版程序。 使用xModem协议的AVR单片机BootLoader设计不仅能够简化程序升级的过程，还能确保升级的安全性和可靠性。这种方式在实际应用中已经被证明是非常有效且实用的解决方案。