【技术大神】基于CAN总线通信的Bootloader功能实现

时间： 2016-08-24 来源：技术大神活动文章

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Bootloader功能作为一种方便有效的软件程序更新方式，已经被工业、家电、消费、汽车电子等领域广泛应用。同样，作为应用于工业、汽车电子的CAN总线通信技术，也已经被广泛的接受和认可。

笔者此前针对国内某车厂的BCM项目设计开发了一套bootloader程序，根据项目的要求，程序的升级需要通过高速CAN通信来传输数据，并保证通信协议的有效和安全。该方案使用了RH850F1L作为MCU，并按照要求把整个软件设计分成了两个主要的部分：boot区域软件和应用软件。其中应用程序主要是和具体产品功能相关的程序，这部分程序可以在以后实现升级；Boot区域的程序主要是为实现程序升级而设计的程序，这部分程序在第一次下载到芯片之后，将不能再修改。

关于CAN通信，我们使用了如下的基本设定，确保CAN通信的正常工作：
• CAN接收用中断方式，发送用查询方式；
• 错误帧处理；
• 脱离总线处理；
• CAN的休眠和唤醒机制；
• 通信速率：500K bit / s；
• 标准帧（standard ID）；
• 80%左右的采样点（sample point）。

在bootloader的软件设计中，有几个关键的问题必须考虑。首先，由于中断向量表位于boot区域，所以中断的设计需要特别的考虑。该bootloader程序可以保证以后对中断服务函数的升级。为了实现这一功能，我们把所有的中断服务函数的中断向量表都进行了映射。对于已使用的中断服务函数，以后升级的时候可以直接修改函数的内容；对于目前没有使用的中断服务函数，可以给每个对应的中断写一个虚的中断服务函数，这样以后的升级函数中如果需要添加该中断的话则直接修改对应的中断服务函数就可以了。

其次，程序升级过程中的掉电问题也是bootloader功能必须要面对和解决的问题。为了解决这个问题，我们按照如下的方法来设计程序运行的流程：
1）在Flash空间的最后一个block设定一个标志，这个在编写程序的时候就设定好；如下：

2）程序在跳转到应用程序之前先判断该标志是否正常，如果不正常就停在boot区域，等待升级的命令。
3）在擦除Flash的时候，先擦除最后一块Flash，再擦除其它的Flash。
4）写数据的时候先写其它block的数据，最后再写最后一个block的数据。也就是按照hex文件中数据的顺序向flash写数据就可以。

按照这样的软件流程，如果在程序更新成功之前发生了掉电的情况，则重新上电后CPU会停在boot区域，等待下一次重新更新程序。

最后就是通信的协议。当然，目前有很多可供我们使用参考的协议。考虑到协议的易实现性以及升级的速度，我们采用了Xmodem协议，以128字节块的形式传输数据。下面是Xmodem协议相关控制字符以及帧格式。

我们设计协议的时候，软件可以支持直接对Hex文件进行解析，关于Hex文件的格式说明，这里就不做介绍了，如若有需要了解的读者可以抽时间去问一下“度娘”。
下图是程序更新成功的一个截图画面。

下载烧写完成的提示信息

上述就是bootloader主要功能的介绍，当然，针对不同应用、不同项目可能会有一些特殊的要求，比如前面提到的通信方式，既可以使用CAN，也可以使用LIN、UART等；通信协议也可以选择诸如UDS等协议，这些内容都可以根据个人的应用案例做相应的修改，但是总的设计理念是相通的，希望能对读者有所帮助。

作者：简单的匠人

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全部评论（16）

serena Lv7. 资深专家 2019-01-17

学习
liuxj Lv6. 高级专家 2018-12-14

学习了
用户_1278 Lv8 2018-10-29

学习了～
小猪 Lv5. 技术专家 2018-10-26

非常好的介绍，值得好好学习
小黄鱼 Lv7. 资深专家 2018-07-31

学习

用户_8239 Lv7. 资深专家 2018-03-03

实用！！！
月月风 Lv3. 高级工程师 2018-02-26

有上位机制作的资料吗
- 世小强回复：您好，请在平台搜索关键字即可获得相关资料，谢谢！
用户_8239 Lv7. 资深专家 2018-01-09

值得推广
Mr王 Lv5. 技术专家 2017-12-11

好东西
喜欢笑的那个她 Lv7. 资深专家 2017-11-23

不错，能够在详细具体一下么？
- 世小强回复：您好，相关问题可以到“技术难题”频道提问，将会有专家团队为您解答，谢谢！

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