采用TCP協議實現ethernet bootloader

TCP/IP Stack

Microchip TCP/IP Stack是免費的，廣泛應用于PIC單片機中。由于有遠程更新程序的需求，我決定開發基于TCP協議的ethernet bootloader, 主要使用了Microchip TCP/IP Stack的TCP模塊。最終我開發出來的ethernet bootloader 在PIC18F97J60上驗證通過。整個實現上分兩部分，一部分是單片機端的基于TCP協議的bootloader程序，我將其命名為PhnBoot_v2.0, 另外一部分是PC端同樣基于TCP協議于單片機互動的通信程序，我將其命名為PhnLoader_v2.0。我還定義了PhnBoot_v2.0和PhnLoader_v2.0之間傳輸數據的通信協定。下面將細說我是如何實現的。

通信協定

單片機端PhnBoot_v2.0和PC端PhnLoader_v2.0之間的通信數據包采用以下協定

定義如下:

STX - Start of packet indicator

ETX - End of packet indicator

LEN - The length of true data

DATA - General data 16 bytes, only first LEN of datas are true

CMD - Base command

ADDR - Address up to 24 bits ( ADDRL , ADDRH , ADDRH)

具體有以下Base command:

RD-VER: 0x00 -- Read Version Information (最終版本刪除了此命令)

RD_MEM： 0x01 -- Read Program Memory (最終版本刪除了此命令)

ER_MEM: 0x03 -- Erase Program Memory

WR_MEM： 0x02 -- Write Program Memory

WR_CFG： 0x04 -- Write Configuration Registers

PhnLoader_v2.0 功能

定義好了通訊協定, 接著就按照協定去實現PhnLoader_v2.0。 PhnLoader_v2.0的具體功能包括選擇IP地址，端口和協議類型, 目前只支持TCP協議, 建立TCP服務器，加載應用程序Hex文件，Parse 應用程序的Hex文件，一行一行解讀Hex文件，一旦收到連接請求，建立TCP連接，一旦收到應用程序跟新請求，立刻按照通訊協定采用TCP協議發送Hex記錄到單片機，接收單片機發送回來的Response，發送完畢后斷開TCP連接，發送期間出現問題就立馬結束發送。

PhnLoader_v2.0 主要代碼段

PhnLoader_v2.0是用C#實現的，是我在利用空余時間自學C#后寫的，上面提到的功能都實現了。

View Code

PhnLoader_v2.0 用戶界面

PhnBoot_v2.0 功能

在PhnLoader_v2.0完成后，接著就是完成PhnBoot_v2.0。 PhnBoot_v2.0主要功能就是使用Microchip的TCP/IP Stack建立TCP Client，發送連接請求，建立連接后發送更新應用程序請求，接收PhnLoader_v2.0傳送過來的Hex記錄。解讀Hex記錄中的啟始位，命名，地址，數據和結束位，將數據燒錄到指定的程序存儲器的位置上，然后通過ethernet返回Response消息給PC端PhnLoader_v2.0。

PhnBoot_v2.0 位置

PhnBoot_v2.0放置在程序存儲器的頭部，大小為0x4C00程序字。

Interrupt Vector Remap

由于PhnBoot_v2.0位于程序存儲器的頭部，需要對Interrupt Vector進行remap. 代碼如下。

#defineAPP_START0x4C00#defineREMAPPED_APP_HIGH_INTERRUPT_VECTOR0x4C08#defineREMAPPED_APP_LOW_INTERRUPT_VECTOR0x4C18#pragmacodelow_vector_section=0x018voidlow_vector(void){_asmgotoREMAPPED_APP_LOW_INTERRUPT_VECTOR_endasm}#pragmacodehigh_vector_section=0x08voidhigh_vector(void){_asmgotoREMAPPED_APP_HIGH_INTERRUPT_VECTOR_endasm}

PhnBoot_v2.0 主要代碼段

PhnBoot_v2.0 是用C語言寫的，Microchip 8-bit C Compiler--MCC18編譯的。

switch(GenState){caseSM_HOME:ARPResolve(&Server.IPAddr);if(ARPIsResolved(&Server.IPAddr,&Server.MACAddr)){#ifdefSTACK_USE_UDPMySock=UDPOpen(ClientPort,&Server,ServerPort);#endif#ifdefSTACK_USE_TCPMySock=TCPOpen((DWORD)&Server,TCP_OPEN_NODE_INFO,ServerPort,0);#endifif(MySock!=INVALID_SOCKET){tick=0x4000;delay=BOOT_TIMEOUT;GenState++;}}else{tick--;if(tick==0){tick=0x4000;if(delay==0){delay=BOOT_TIMEOUT;GenState=SM_CLOSE;}delay--;}}break;caseSM_READY:#ifdefSTACK_USE_UDPif(UDPIsPutReady(MySock)>BUFFER_MAX){UDPPutString(ok);UDPFlush();GenState++;}#endif#ifdefSTACK_USE_TCPif(TCPIsConnected(MySock)){TCPPutString(MySock,ok);TCPFlush(MySock);GenState++;}#endifelse{tick--;if(tick==0){tick=0x4000;if(delay==0){delay=BOOT_TIMEOUT;GenState=SM_CLOSE;}delay--;}}break;caseSM_RESPONSE:#ifdefSTACK_USE_UDPnetworkBytes=UDPIsGetReady(MySock);#endif#ifdefSTACK_USE_TCPnetworkBytes=TCPIsGetReady(MySock);#endifif(networkBytes>=BUFFER_MAX){#ifdefSTACK_USE_UDPUDPGetArray(line_buffer,BUFFER_MAX);UDPDiscard();#endif#ifdefSTACK_USE_TCPTCPGetArray(MySock,line_buffer,BUFFER_MAX);TCPDiscard(MySock);#endifif(line_buffer[0]==STX&&line_buffer[BUFFER_MAX-1]==ETX){switch(line_buffer[CMD_INDEX]){caseWR_MEM:EECON1=PGM_WRITE;WriteMem();break;caseWR_CFG:if(!last_block_written&&!CFG_NUM){WriteStart();last_block_written=1;ResetBlockBuffer();}CFG_NUM++;EECON1=CFG_WRITE;WriteCfg();break;caseER_MEM:EECON1=PGM_ERASE;EraseMem();break;caseRUN_APP:if(!last_block_written){WriteStart();last_block_written=1;ResetBlockBuffer();}GenState++;default:break;}#ifdefSTACK_USE_UDPif(UDPIsPutReady(MySock)>=BUFFER_MAX){UDPPutArray(line_buffer,BUFFER_MAX);UDPFlush();}#endif#ifdefSTACK_USE_TCPif(TCPIsPutReady(MySock)>=BUFFER_MAX){TCPPutArray(MySock,line_buffer,BUFFER_MAX);TCPFlush(MySock);}#endif}}else{tick--;if(tick==0){tick=0x4000;if(delay==0){delay=BOOT_TIMEOUT;GenState=SM_CLOSE;}delay--;}}break;caseSM_CLOSE:while(!TXSTAbits.TRMT);TXREG='>';#ifdefSTACK_USE_UDPUDPClose(MySock);#endif#ifdefSTACK_USE_TCPTCPDisconnect(MySock);#endifMySock=INVALID_SOCKET;_asmgotoAPP_START_endasmbreak;}

如何使用

1. 使用MCC18編譯PhnBoot_v2.0，

2. 使用pickit3燒錄PhnBoot_v2.0的Hex文件到目標板中。

3. 拔除pickit3燒錄器

4. 將目標板與PC的接入同一局域網，并設置PC的IP地址和目標板的IP地址為同一網域，打開PhnLoader_v2.0用戶界面，選擇IP, 端口，和通信協議。

5. 點擊PhnLoader_v2.0用戶界面上的".."按鈕加載需要燒錄的應用程序Hex文件 (注意：由于PhnBoot_v2.0占用了程序存儲器頭部0x4C00程序字，所以應用程序編譯需要設置Code offset為0x4C00)。

6. 重啟目標板，接著立刻在PhnLoader_v2.0界面上點擊Download按鈕。如果超時未點擊Download按鈕，目標板會自動跳轉到上次燒錄的應用程序中去。

7. 燒錄完畢，再次重啟目標板, 2秒后目標板開始正常運行應用程序。

之后每次更新應用程序，只需重復步驟 4 ~ 7 就可以了。

主要特性

本PIC ethernet bootloader有以下主要特性

1. 使用了Microchip免費的TCP/IP Stack，采用TCP協議。