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PIC32MZ 的 flash memory 支持live update, 这是个全新的特性,在之前的所有PIC不管是8位还是16位的单片机上面都没有这个特性。我写过很多PIC 8位和16位单片机的bootloader,但这些bootloader都是传统的bootloader。传统的bootloader在更新程序时,需要先进入BOOTLOADER模式,BOOTLOADER模式完全独立于用户程序,只做更新应用程序的活。 今天要介绍的我最新完成的live update bootloader, 它是用户程序的一部分,它在烧写新的用户程序时,仍然可以侦测外部信号,及时响应外部输入,反馈外部请求。也就是用户程序还是在运行,新的用户程序烧写完成后,可以对新的用户程序做CRC验证,如果验证OK后,才跳转到新的用户程序。如果整个更新的过程出现异常的话,可以不跳转,继续运行旧的用户程序,基本不影响用户的使用。总之live update bootloader和传统的bootloader比较,更新用户程序更可靠,更新程序时也不影响用户的使用,用户体验更好。
我是利用业余时间完成这个PIC32MZ live update bootloader,过程时断时续,碰到的难题是一个接一个。例如boot flash 烧写不对,boot sequence不可以烧写,live update 更新新程序时,MCU直接卡死等等。虽然这些问题最后都一一解决了,但它确实是我用时最久一个bootloader。碰到的困难越多,最后的成就感也越大。所以live update bootloader 是我的encrypted bootloader之后最喜欢的一款bootloader。
我试着讲下PIC32MZ live update的原理,从memory map 讲起。PIC32MZ 的memory map有点复杂,要想做bootloader,必须搞清楚memory map. PIC32 的program flash( 一般用户程序的存储区域)地址分为虚拟地址和物理地址,CPU取指令是按照虚拟地址去取,在bootloader中擦除或烧写的地址是用物理地址。所以我们的live update bootloader 烧写时主要操作的是物理地址。以我用的PIC32MZ2048ECH144为例,它的program flash的物理地址范围是0x1d000000-0x1d1fffff. 这个区域又分为两个空间大小相同的bank, PFM Bank1和PFM Bank2. 芯片启动后,执行完startup后就自动跳到0x1d000000开始的的区域(PFM lower mapped region), 当NVMCONbits.SWAP = 0时(默认情况), PFM Bank1映射到0x1d000000开始的区域, 这时执行的就是PFM Bank1中的程序,当NVMCONbits.SWAP = 1时,PFM Bank2映射到0x1d000000开始的区域, 芯片启动后,执行完startup后自动跳到0x1d000000开始的区域(PFM lower mapped region), 这时执行的就是PFM Bank2中的程序。live update就是利用这个特性实现无缝更新应用程序。
接着具体讲解下我的PIC32MZ2048ECH live update bootloader是如何实现的,以及如何验证的。整个实现和验证的过程中,我写了3个程序。其中两个是带有live udate功能的APP1和APP2, APP1和APP2 是使用同一个linker文件build的。先烧录APP1到芯片的0x1d000000开始区域,运行在PFM Bank1空间(此时,NVMCONbits.SWAP=0)。这个时候上位机发送APP2的hex文件过来,APP1接收了APP2的hex文件,烧写到PFM Bank2的空间(0x1d100000开始)。烧写完成后,将BF2SEQ0的值修改成比BF1SEQ0大,修改后,如果期望芯片重启后,运行PFM Bank2的程序,需要修改NVMCONbits.SWAP的值,但是由于NVMCONbits.SWAP的值不可以在运行的PFM的程序中需改,所以我写了第三个程序BOOT0, BOOT0是运行在Boot flash, 重启后执行完startup后,芯片先运行BOOT0的程序,在BOOT0的程序中判断BF2SEQ0和BF1SEQ0的值,如果BF1SEQ0的值大于等于BF2SEQ0,就将NVMCONbits.SWAP清零,然后跳转到PFM Bank1, 如果BF2SEQ0大于BF1SEQ0,就将NVMCONbits.SWAP置1。然后跳转到PFM Bank2。 就这样我的live update bootloader就实现了。
live update bootloader 的烧写部分和传统的bootloader是一样的,所以我就不多讲,具体也可以参考我之前的博文,http://www.cnblogs.com/geekygeek/p/hyperbootloader_pic32.html 和 http://www.cnblogs.com/geekygeek/p/pic32_serialbootloader.html。接下来讲live update的实现中两个比较重要的函数。第一个重要的是修改BOOT sequence的函数SwapBootPanels。刚才有讲到在live update APP 更新完新程序后,会将BF2SEQ0更新成比BF1SEQ0的值还大的一个值,这里要注意的是修改BF2SEQ0的值时不能用word write。 我是使用quad word write。下面是代码。(借鉴了Microchip forums网友aschen0866的不少代码,非常感谢他的帮助)。
#define UBA_BFSEQ_PA 0x1FC2FFF0 void SwapBootPanels(void)
{
printf("Boot Flash Swapping...\r\n");
CoreT_DelayMs(10);
UINT32 bf1seq0;
UINT32 bf2seq0;
bf1seq0 = BF1SEQ0;
bf2seq0 = BF2SEQ0;
UINT32 new_bfseq = GenNewFSEQ(bf1seq0, bf2seq0);
printf("New Sequence = 0x%08X\n\r", new_bfseq);
unsigned int s[4];
s[0] = new_bfseq;
s[1] = new_bfseq;
s[2] = new_bfseq;
s[3] = new_bfseq; unsigned int status = NVMWriteQuadWord(UBA_BFSEQ_PA,s);
if (status != 0)
{
printf("New BFMSEQ Write Failed\n\r");
}
} UINT32 GenNewFSEQ(UINT32 seq1, UINT32 seq2)
{
DWORD_VAL temp1, temp2, new_seq;
BOOL valid1, valid2; temp1.Val = seq1;
temp2.Val = seq2; valid1 = FALSE;
valid2 = FALSE; if ((temp1.word.LW + temp1.word.HW) == 0xFFFF)
{
valid1 = TRUE;
} if ((temp2.word.LW + temp2.word.HW) == 0xFFFF)
{
valid2 = TRUE;
} if (valid1 == TRUE && valid2 == TRUE)
{
if (temp1.word.LW >= temp2.word.LW)
{
new_seq.word.LW = temp1.word.LW + 1;
}
else
{
new_seq.word.LW = temp2.word.LW + 1;
}
}
else if (valid1 == TRUE)
{
new_seq.word.LW = temp1.word.LW + 1;
}
else if (valid2 == TRUE)
{
new_seq.word.LW = temp2.word.LW + 1;
}
else
{
new_seq.word.LW = 0;
} new_seq.word.HW = 0xFFFF - new_seq.word.LW; return new_seq.Val;
}
第二个重要的是修改NVMCONbits.SWAP的函数,之前有讲过,调用这个函数的程序需要运行在boot flash。 代码如下。
#define USER_APP_BASE_ADDRESS 0xBD000000 void SwapFlashPanels(void)
{
printf("Jump...\r\n"); if (LowerBootAliasIsBootBank2())
{
if (NVMCONbits.SWAP == 0)
{
DisableINT();
NVMCONbits.WREN = 0;
NVMKEY = 0xAA996655;
NVMKEY = 0x556699AA;
NVMCONSET = 0x80;
}
}
else
{
if (NVMCONbits.SWAP == 1)
{
DisableINT();
NVMCONbits.WREN = 0;
NVMKEY = 0xAA996655;
NVMKEY = 0x556699AA;
NVMCONCLR = 0x80;
}
}
(*((void(*)(void))USER_APP_BASE_ADDRESS))();
} int LowerBootAliasIsBootBank2(void)
{
UINT32 s1 = BF1SEQ0;
UINT32 s2 = BF2SEQ0;
if (GetCurrentBFMbank(s1,s2) == 2)
{
return 1;
}
else
{
return 0;
}
} UINT32 GetCurrentBFMbank(UINT32 seq1, UINT32 seq2)
{
DWORD_VAL temp1, temp2;
BOOL valid1, valid2;
UINT32 cur_bank = 0; temp1.Val = seq1;
temp2.Val = seq2; valid1 = FALSE;
valid2 = FALSE; if ((temp1.word.LW + temp1.word.HW) == 0xFFFF)
{
valid1 = TRUE;
} if ((temp2.word.LW + temp2.word.HW) == 0xFFFF)
{
valid2 = TRUE;
} if (valid1 == TRUE && valid2 == TRUE)
{
if (temp1.word.LW >= temp2.word.LW)
{
cur_bank = 1;
}
else
{
cur_bank = 2;
}
}
else if (valid1 == TRUE)
{
cur_bank = 1;
}
else if (valid2 == TRUE)
{
cur_bank = 2;
}
else
{
cur_bank = 1;
} return cur_bank;
}
我的这个PIC32MZ live update bootloader是用的Uart接口,而网口和USB的live update bootloader还在计划中。