Bootloader是在單片機上電啟動時執(zhí)行的一小段程序。也稱作固件，通過這段程序，可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用應(yīng)用程序準備好正確的環(huán)境。

　　Boot代碼由MCU啟動時執(zhí)行的指令組成。這里的loader指向MCU的Flash中寫入新的應(yīng)用程序。因此，Bootloader是依賴于特定的硬件而實現(xiàn)的，因此，在眾多嵌入式產(chǎn)品中目前還不可能實現(xiàn)通用Bootloader。

　　Bootloader的最大優(yōu)點是：在不需要外部編程器的情況下，對嵌入式產(chǎn)品的應(yīng)用代碼進行更新升級。它使得通過局域網(wǎng)或者Intemet遠程更新程序成為可能。例如，如果有5 000個基于MCU的電能表應(yīng)用程序需要更新，電能表制造商的技術(shù)人員就可以避免從事對每一個電能表重新編程的巨大工作量，通過使用Bootloader的功能，由控制中心通過電能表抄表系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，遠程對5 000個電表重新編程。可見，Bootloader功能對于嵌入式系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用具有十分重要的意義。

　　1 78K0/Fx2系列單片機簡介

　　78K0/Fx2系列是帶CAN控制器的8位單片機，該系列單片機廣泛應(yīng)用于汽車電子，智能儀表等領(lǐng)域。其內(nèi)置POC(可編程上電清零電路)/LVI(可編程低電壓指示器)，單電壓自編程閃存，引導(dǎo)交換功能(閃存安全保護)，具有低功耗、寬電壓范圍、超高抗干擾等性能。

　　78K0系列單片機支持自編程(Self-programming)。所謂自編程，是指用Flash存儲器中的駐留的軟件或程序?qū)lash存儲器進行擦除/編程的方法。通過單片機的自編程功能，可以設(shè)計Bootloader程序，通過串口等通信接口實現(xiàn)對產(chǎn)品重新編程、在線升級的功能。

　　以μPD78F0881為例。μPD78F0881為78KO/Fx2系列中的一款44管腳單片機，內(nèi)置32 KB Flash ROM，2 KB RAM，自帶2個串行通信接口。其內(nèi)部Flash結(jié)構(gòu)如圖1所示。為了方便實現(xiàn)擦除和編程，人為地將整個Flash分成若干個block，每個block大小為1 KB。block為自編程庫函數(shù)中空白檢測、擦除、校驗的最小單位。blockO從地址0000H開始，程序都從0000H開始執(zhí)行。block0～block3共4 KB存儲空間為Bootloader程序存儲區(qū)域。block4～block31為應(yīng)用程序存儲區(qū)域。

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　　為了防止Bootloader自身的升級失敗，設(shè)計了引導(dǎo)交換功能。該功能定義2個簇，即Boot cluster0和Boot cluster1。Boot clustee0為block0～block3的4 KB存儲空間，Boot cluster1為block4～block7的4 KB存儲空間。因此，實際運用過程中，一般把應(yīng)用程序的開始定義在2000H，也就是從block8開始。

　　Flash地址為0000H～FFFFH。7FFFFH～FFFFH存儲空間為保留區(qū)域以及特殊功能寄存器區(qū)域等，用戶無法對其進行編程。

　　2 自編程

　　2.1 自編程環(huán)境

　　2.1.1 硬件環(huán)境

　　FLMDO引腳是78KO/Fx2系列單片機為Flash編程模式設(shè)置的，用于控制MCU進入編程模式。在通常操作情況下，F(xiàn)LMDO引腳下拉到地。要進入自編程模式，必須使FLMDO引腳置成高電平。因此，通過一個普通I/O接口控制FLMD0引腳的電平。如圖2所示。

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　　2.1.2 軟件環(huán)境

　　1)使用通用寄存器bank3，自編程庫函數(shù)，需要調(diào)用通用寄存器bank3。因此，在自編程時，不能對通用寄存器bank3操作。

　　2)使用100 B RAM(入口RAM)作為隱藏ROM中函數(shù)的工作區(qū)，入口RAM，是Flash存儲器自編程樣例庫所使用的RAM區(qū)域。用戶程序需要保留著塊區(qū)域，當調(diào)用庫時，需要指定這片區(qū)域的起始地址。入口RAM地址可以指定在FB00h～FE20h之間。

　　3)4～256 B RAM作為數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，必須是FE20H～FE83H以外的內(nèi)部高速RAM區(qū)域。

　　4)最大39 B RAM作為隱藏ROM函數(shù)的堆棧。

　　5)隱藏ROM中的函數(shù)被0000H～7FFFH中的應(yīng)用程序調(diào)用。

　　2.2 自編程流程

　　自編程功能利用自編程軟件庫完成用戶程序?qū)lash內(nèi)容的重新編程。如果在自編程的過程中有中斷發(fā)生，那么自編程將暫停來響應(yīng)中斷。中斷結(jié)束，自編程模式恢復(fù)后，自編程過程將繼續(xù)進行。采用匯編語言編寫78K0/Fx2自編程軟件庫，如表1所示。

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　　自編程操作流程如圖3所示，當單片機收到自編程執(zhí)行信號時，開始進入自編程模式。將FLMDO引腳設(shè)置成高電平，初始化入口RAM，為自編程庫函數(shù)開辟空間。當確認FLMD0為自編程狀態(tài)時，開始檢查需要編程區(qū)域是否為空白區(qū)域。當被編程區(qū)域不是空白區(qū)域時，先將其擦除，然后在此區(qū)域進行編程。編程結(jié)束后進行校驗。若校驗無誤，則將FLMDO引腳設(shè)置成低電平，退出自編程模式。