介紹

這篇應(yīng)用筆記介紹了為 基于180nm技術(shù)的 S12和S12X微控制器家族 編寫的一個(gè)bootloader程序的運(yùn)行和使用。

使用這bootloader可以很方便地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)中編程或者“在線系統(tǒng)(in-system)”編程，特別是應(yīng)用于那些 無法使用HCS12背景調(diào)試接口(BDM)的場(chǎng)合。用戶必須在生產(chǎn)準(zhǔn)備階段或在編程供應(yīng)商那把bootloader預(yù)先燒寫進(jìn)S12(X)。Bootloader會(huì)留存在MCU中以供未來使用。

這個(gè)bootloader實(shí)現(xiàn)支持通過SCI串口將用戶軟件下載進(jìn)MCU flash內(nèi)存中。

這篇文檔中描述的bootloader只是一個(gè)示例，由其產(chǎn)生的任何后果我們概不負(fù)責(zé)，并且我們不提供技術(shù)支持。

硬件兼容性

有兩個(gè)版本的bootloader：

第一個(gè)是為S12系列(S12P、S12HY、S12HA和S12G)寫的。

第二個(gè)是為S12X系列(S12XS、S12XE和S12XF)寫的。

除非特別標(biāo)注，這篇應(yīng)用筆記中的內(nèi)容適用于所有兩個(gè)版本。

這個(gè)bootloader沒有為最小的設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化。因此，不支持MC9S12GN16。

當(dāng)前不支持對(duì)D-Flash或說EEPROM的編程。

需求

為了成功運(yùn)行這個(gè)bootloader，需要滿足一些需求。

輸入引腳

有許多種方式確定是要啟動(dòng)bootloader還是用戶應(yīng)用程序。比如可以選擇通過判斷輸入引腳的狀態(tài)、通過EEPROM內(nèi)存中的某個(gè)變量的狀態(tài)或者通過從通訊接口收到的命令。

這個(gè)bootloader使用第一種方式。在重置之后，bootloader會(huì)使能PP0引腳的上拉寄存器并且讀取PP0引腳的狀態(tài)以確定是否你想要運(yùn)行bootloader。

可能這個(gè)引腳的外部電路是這樣的：一個(gè)開關(guān)、跳線或者一個(gè)按鈕與可選的上拉電阻器。

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圖 1.引腳連接

串行接口

所有的S12(X)微控制器都有集成串行通信接口。注意，需要RS232電平轉(zhuǎn)換器以與PC通信。

默認(rèn)的，串行通信會(huì)設(shè)為這個(gè)格式：

8數(shù)據(jù)位

1起始位

1停止位

0校驗(yàn)位

Xon/Xoff 流控制

默認(rèn)的波特率是9600。可以在bootloader的菜單中修改其為38400、57600或115200 bps。

終端模擬程序

可以使用串口調(diào)試助手來與PC通信。這個(gè)串口調(diào)試器必須支持串行COM口通信、Xon/Xoff流控制以及必須支持發(fā)送文本文件。

振蕩器

S12微控制器不需要外部晶振。bootloader會(huì)使用S12微控制器內(nèi)部的一個(gè)1MHz的RC震蕩電路。Bootloader設(shè)置總線頻率為25MHz以支持高速率通信。

S12X微控制器需要晶振或者外部振蕩器。在bootloader內(nèi)配置PLL以達(dá)到40MHz的總線時(shí)鐘頻率。這是為了提高通信速率以加快代碼下載速度。

功能描述

bootloader的運(yùn)作方式很直白。這個(gè)部分僅描述了最重要的和最特殊的那些。

運(yùn)作

bootloader會(huì)處理所有的重置向量。在重置后，會(huì)調(diào)用bootloader的startup例程。首先，bootloader會(huì)讀取PP0引腳的狀態(tài)。如果引腳值為邏輯0，bootloader就會(huì)開始工作。如果是邏輯1，就會(huì)調(diào)用用戶應(yīng)用程序的startup例程。如果用戶應(yīng)用的重置向量不可用(地址0xEFFE-0xEFFF上的字被擦除)，那不管怎么樣bootloader都會(huì)開始運(yùn)行。用戶可以重寫這個(gè)代碼以更改啟動(dòng)條件。

中斷向量

在用戶應(yīng)用用到了中斷的情況下，需要使用IVBR寄存器重定位中斷向量表。bootloader被放在最高的一個(gè)地址塊中，地址0xF000-0xFFFF。這個(gè)區(qū)域是受保護(hù)的，所以用戶的應(yīng)用程序不能把中斷向量表放在默認(rèn)的地址0xFF10-0xFFFF。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是bootloader不會(huì)受到電源故障的影響，這可能會(huì)在重寫中斷和重置向量時(shí)發(fā)生。

掩碼組與part ID

每個(gè)硅掩碼組都有一個(gè)特定的part ID，位于兩個(gè)8位寄存器中，PARTIDH和PARTIDL中，地址在0x001A和0x001B。

當(dāng)要把s-record編程到flash內(nèi)存中去時(shí)，bootloader會(huì)檢查是否地址位于物理flash內(nèi)存上。當(dāng)?shù)刂窡o效時(shí)，會(huì)返回一個(gè)錯(cuò)誤。

在bootloader工程的PartID.h文件中可以找到當(dāng)前支持的掩碼組和part ID。

用戶指南

這個(gè)部分描述了使用這個(gè)bootloader的每一步。

配置S12的bootloader

在CodeWarrior for S12(X)集成開發(fā)環(huán)境中打開Bootloader_S12工程。bootloader在v5.0和v5.1中測(cè)試過了。

如圖2選擇target。

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圖 2.S12 target選項(xiàng)

通過引腳PP0來決定是啟動(dòng)bootloader還是用戶應(yīng)用程序。如果PP0是低電平，就會(huì)啟動(dòng)bootloader，如果PP0是高電平，就會(huì)啟動(dòng)用戶應(yīng)用程序。如果這個(gè)默認(rèn)配置不好用，用戶可以在Start12.s中重寫這個(gè)代碼。

配置S12X的bootloader

在CodeWarrior for S12(X)集成開發(fā)環(huán)境中打開Bootloader_S12X工程。bootloader在v5.0和v5.1中測(cè)試過了。

打開文件Config.h并進(jìn)行如下設(shè)置：
設(shè)置FLASH_PRESCALER(加載到FCLKDIV寄存器中的值)以讓flash運(yùn)行頻率在800-1050kHz間，如參考手冊(cè)所述。
設(shè)置PLL以使總線頻率達(dá)到40MHz。可以利用這個(gè)應(yīng)用筆記附帶的PLL計(jì)算器。

如圖3選擇target。

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圖 3.S12X target選項(xiàng)

通過引腳PP0來決定是啟動(dòng)bootloader還是用戶應(yīng)用程序。如果PP0是低電平，就會(huì)啟動(dòng)bootloader，如果PP0是高電平，就會(huì)啟動(dòng)用戶應(yīng)用程序。如果這個(gè)默認(rèn)配置不好用，用戶可以在StartS12X.s中重寫這個(gè)代碼。

Bootloader指南

編譯工程并通過BDM設(shè)備下載bootloader到MCU中去。

打開串口調(diào)試助手。設(shè)置波特率為9600，1個(gè)起始位，8數(shù)據(jù)位，1數(shù)據(jù)位，流控制Xon/Xoff。

用串行連接線連接PC和開發(fā)板。

讓PP0為低電平，然后重啟MCU。

bootloader就啟動(dòng)了，然后你會(huì)在串口調(diào)試助手中看到如下信息。見圖4。

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圖 4.最初的界面

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輸入“a”以擦除flash內(nèi)存。第一次不需要這一步，因?yàn)閒lash已經(jīng)被BDM設(shè)備擦除了。

輸入“b”以編程flash。

現(xiàn)在將用到的S-record作為文本文件發(fā)送—見圖5。瀏覽被下載到MCU中的S-record。
為了測(cè)試目的，使用附加到這個(gè)應(yīng)用筆記上的示例S-records。S-records必須使用特定的格式。請(qǐng)參考章節(jié)6，“怎么寫用戶應(yīng)用程序”以及章節(jié)7，“怎么轉(zhuǎn)換將被bootloader下載的S-Record”。

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圖 5.發(fā)送文本文件

確定對(duì)話框和S-record已經(jīng)被下載到MCU中去了。一個(gè)星號(hào)(*)代表編程成功了一行。見圖6。

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圖 6.下載用戶應(yīng)用

怎么寫用戶應(yīng)用程序

你必須確保用戶應(yīng)用程序不會(huì)碰到bootloader的地址范圍(0xF000-0xFFFF)。
1. 在CodeWarrior for S12(X)集成開發(fā)環(huán)境中創(chuàng)建一個(gè)新工程。
2. 打開.prm文件
3. 把segment ROM_C000從原來的0xC000-0xFEFF改成0xC000-0xEFDF。這是因?yàn)榈刂?xF000-0xFFFF會(huì)放著bootloader，而0xEFE0-0xEFFF會(huì)用作用戶應(yīng)用的重置向量。

如果使用了中斷：
4. 把segment ROM_4000從原來的0x4000-0x7FFF改成0x4000-0x7F0F。0x7F10-0x7FFF會(huì)被用于重定位中斷向量表。
5. 如附件示例應(yīng)用那樣創(chuàng)建一個(gè)中斷向量表，并對(duì)應(yīng)的設(shè)置IVBR寄存器。IVBR設(shè)置中斷向量表的基地址，這種情況下必須被設(shè)置為0x7F。

怎么轉(zhuǎn)換將被bootloader下載的S-Record

bootloader接受使用全局(線性)地址的s-records。所有的records必須被對(duì)齊為32字節(jié)，長度也必須是32字節(jié)。
1. 打開SRecCvt工具(SRecCvt-GUI.exe)
2. 選擇使用的MC9S12設(shè)備(取決你用的是哪個(gè))，選擇Memory為Flash，選擇Operation為Convert File。
3. 選擇輸入文件格式為Banked，輸出文件格式為Linear。
4. 設(shè)置S-Record Size為32.
5. 瀏覽輸入文件(由CodeWarrior生成的S19文件)并選擇輸出文件。
6. 點(diǎn)擊Convert按鈕。

圖 7.SRecCvt

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怎么合并用戶應(yīng)用和bootloader

用戶應(yīng)用可以被獨(dú)立地開發(fā)，或說，不帶有bootloader。用戶應(yīng)用可以被加載進(jìn)微控制器并可以由BDM設(shè)備來直接的調(diào)試。然而，出于生產(chǎn)目的，將用戶應(yīng)用與bootloader合并到一起是很有價(jià)值的，這樣就可以在單個(gè)s-record文件中把所有東西都下載進(jìn)微控制器了。

這是推薦的流程：
1. 打開按照第6章“怎么寫用戶應(yīng)用程序”中所述那樣創(chuàng)建的用戶應(yīng)用程序。
2. 把一個(gè)用戶應(yīng)用程序重置向量放到地址0xEFFE，這樣bootloader就可以使用這個(gè)向量了。拷貝以下三行到main.c中：

extern void near _Startup(void)

typedef void (*near tFunc)(void)

const tFunc rst_vec @0xEFFE = _Startup

3. 移除原先的用戶應(yīng)用程序重置向量。
在Project.prm文件中注釋掉這行：
//VECTOR 0 _Startup
4. 復(fù)制準(zhǔn)備好了的bootloader .s19文件到 ..\user_application_project\bin下。比如，s-record文件可以被重命名為bootloader.s19
5. 鏈接這個(gè)文件到用戶應(yīng)用程序中。
在Project.prm的開頭加上這個(gè)命令：
HEXFILE bootloader.s19
6. 添加如下命令到文件..\user_application_project\cmd\P&E_Multilink_CyclonePro_Preload.cmd中：

FLASH NOUNSECURE

這個(gè)命令能確保燒寫器不會(huì)在MCU編程過程中自動(dòng)地改變0xFF0F處的flash安全字節(jié)為一個(gè)不安全狀態(tài)(0xFE)，這樣，這個(gè)phrase(0xFF08-0XFF0F)就可以被加載定義在bootloader中的值了。如果不使用這個(gè)命令，會(huì)導(dǎo)致在這個(gè)phrase發(fā)生ECC錯(cuò)誤，芯片會(huì)被保護(hù)，并且flash會(huì)被完全保護(hù)。
7. 編譯項(xiàng)目。最終的s-record就準(zhǔn)備好被BDM設(shè)備下載入微控制器了。 測(cè)試

這個(gè)bootloaders在這些開發(fā)板上測(cè)試成功過：

DEMO9S12PFAME

DEMO9S12HY64

TWR-S12G128

DEMO9S12XSFAME

EVB9S12XEP100

Zip文件的內(nèi)容

所有提到的工程和工具都在這篇應(yīng)用筆記相關(guān)的zip文件中。

Bootloader_S12 — S12微控制器的bootloader工程。

Bootloader_S12X — S12X微控制器的bootloader工程。

Demo_applications — 示例怎么寫用戶應(yīng)用程序的工程。

Coverted_srecords — 源于Demo_applications的已經(jīng)被SRecCvt工具轉(zhuǎn)換好的S-Records。這些S-Records可以由bootloader下載進(jìn)MCU中。

Demo_applications_with_linked_bootloader — 包含bootloader的用戶應(yīng)用程序。

SRecCvt — 用于轉(zhuǎn)換S-Record的工具。

S12XE_PLL_Calculator — 幫助設(shè)置PLL模塊的工具。