自己用C语言写NXP S32K116 serial bootloader

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　　到目前为止，“自己用C语言写 xxx serial bootloader"已经有7篇博文了，7篇博文，7款不同的MCU。今天给大家介绍第8款MCU的串口bootloader, 也就是NXP S32K116 serial boot-loader。 NXP S32K116 是ARM Cortex-M0 内核的32-bit MCU。 有丰富的外设，卓越的性能以及成熟的工具链。特别是NXP的Processor Expert，一个非常不错的工具。我的这个bootloader 的底层驱动都是用Processor Expert自动生成的。我只需要写中间层和bootloader应用层的代码。看完S32Kxxx datasheet和S32Kxxx reference manual，才开始写bootloader，整个实现过程除了"bootloader jumping to application"卡了一段时间，一切都非常顺利。Processor Expert确实可以节省不少时间。但NXP S32Kxxx 开发环境也有不足的地方，比如IDE S32DS （S32 design studio） 非常慢，电脑配置不高的话容易卡死。还有就是S32DS 不支持simulator debug。 一定要有硬件板才可以debug.

　　Bootloader 是独立的一个程序，和Application分别存储在ROM中不同的区间，不能有重叠。我的S32K116 bootloader 是放置在头部，区间范围为：0x00000000~0x00003FFF. Application的区间范围为：0x00004000~0x0001FFFF. 为此分别对Bootloader 和Application的linker script做了一下改动。

Bootloader linker script 的改动如下：

MEMORY
{
  /* Flash */
  m_interrupts          (RX)  : ORIGIN = 0x00000000, LENGTH = 0x000000C0
  m_flash_config        (RX)  : ORIGIN = 0x00000400, LENGTH = 0x00000010
  m_text                (RX)  : ORIGIN = 0x00000410, LENGTH = 0x00003BF0

  /* SRAM_L */

  /* SRAM_U */
  m_data                (RW)  : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 0x000020C0
  m_data_2              (RW)  : ORIGIN = 0x200020C0, LENGTH = 0x00001740
}

Application linker script 的改动如下：

MEMORY
{
  /* Flash */
  m_interrupts          (RX)  : ORIGIN = 0x00004000, LENGTH = 0x000000C0
  m_flash_config        (RX)  : ORIGIN = 0x00004400, LENGTH = 0x00000010
  m_text                (RX)  : ORIGIN = 0x00004410, LENGTH = 0x0001BBF0

  /* SRAM_L */
  m_custom              (RW)  : ORIGIN = 0x1FFFFC00, LENGTH = 0x00000400
  /* SRAM_U */
  m_data                (RW)  : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 0x000020C0
  m_data_2              (RW)  : ORIGIN = 0x200020C0, LENGTH = 0x00001740
}

　　Bootloader实现Application的更新需要上位机的协助，上位机一般是PC端的host 软件工具。我的S32K116 bootloader 使用的上位机是HyperTerminal.  HyperTerminal 可以建立串口连接，传输Application 的Hex文件。并可以配置传输方式为每发送一行delay 50ms, 这样可以预留时间让bootloader处理数据完成烧写。使用HyperTerminal可以省掉开发专门的上位机时间，但是由于传送方式是纯文本发送，没有使用协议，没有应答机制。某种意义上讲是不可靠的。并且速度慢，一般不可以用于量产产品，只能用于学习或内部人员使用。

　　Bootloader程序是MCU的程序，MCU一上电就进入Bootloader。Bootloader程序先完成CLOCK， PIN， UART 初始化，然后就运行一个Bootloader状态机，状态机如下所示：

        switch (bootState)
        {
            case BOOT_HANDSHAKE:
                mbootStatus = M_Bootloader_Handshake();
                if (mbootStatus == BT_OK)
                {
                    bootState = BOOT_INIT;
                }
                else if (mbootStatus == BT_HS_TIMEOUT)
                {
                    mbootStatus = BT_DONE;
                    bootState = BOOT_JUMPTO_APP;
                }
                break;
            case BOOT_INIT:
                LPUART_DRV_SendDataPolling(INST_LPUART1,(uint8_t*)bootInitMsg,strlen((char*)bootInitMsg));
                mbootStatus = M_Bootloader_Init();
                if (mbootStatus == BT_OK)
                {
                    LPUART_DRV_SendDataPolling(INST_LPUART1,(uint8_t*)bootJobDoneMsg,strlen((char*)bootJobDoneMsg));
                    bootState = BOOT_ERASE;
                }
                break;
            case BOOT_ERASE:
                LPUART_DRV_SendDataPolling(INST_LPUART1,(uint8_t*)bootEraseMsg,strlen((char*)bootEraseMsg));
                mbootStatus = M_Bootloader_Erase();
                if (mbootStatus == BT_OK)
                {
                    LPUART_DRV_SendDataPolling(INST_LPUART1,(uint8_t*)bootJobDoneMsg,strlen((char*)bootJobDoneMsg));
                    bootState = BOOT_RECEIVE;
                    LPUART_DRV_SendDataPolling(INST_LPUART1,(uint8_t*)bootPrgmMsg,strlen((char*)bootPrgmMsg));
                }
                break;
            case BOOT_RECEIVE:
                mbootStatus = M_Bootloader_Receive();
                if (mbootStatus == BT_OK)
                {
                    LPUART_DRV_SendDataPolling(INST_LPUART1,(uint8_t*)bootFbHdrMsg,strlen((char*)bootFbHdrMsg));
                    LPUART_DRV_SendDataPolling(INST_LPUART1,(uint8_t*)lineRcdBuf,LINE_RECORD_BUF_SIZE);
                    bootState = BOOT_PROGRAM;
                }
                break;
            case BOOT_PROGRAM:
                mbootStatus = M_Bootloader_Write();
                if (mbootStatus == BT_BUSY)
                {
                    bootState = BOOT_RECEIVE;
                }
                else if (mbootStatus == BT_OK)
                {
                    bootState = BOOT_PREJUMP;
                }
                break;
            case BOOT_PREJUMP:
                mbootStatus = Prejump_To_Application();
                if (mbootStatus == BT_OK)
                {
                    bootState = BOOT_JUMPTO_APP;
                    LPUART_DRV_SendDataPolling(INST_LPUART1,(uint8_t*)bootPrgmDoneMsg,strlen((char*)bootPrgmDoneMsg));
                }
                break;
            case BOOT_JUMPTO_APP:
                mbootStatus = BT_DONE;
                //LPUART_DRV_Deinit(INST_LPUART1);
                //Jump_To_Application(*((uint32_t*)APP_START_ADDRESS),*((uint32_t*)APP_JUMP_ADDRESS));
                break;
            default:
                break;
        }

总共7个状态：BOOT_HANDSHAKE，BOOT_INIT，BOOT_ERASE，BOOT_RECEIVE，BOOT_PROGRAM，BOOT_PREJUMP，BOOT_JUMPTO_APP。
BOOT_HANDSHAKE：初始状态，数秒6秒，收到更新请求就切换状态为BOOT_INIT，超时就切换状态为BOOT_JUMPTO_APP，出错就重启。                 

BOOT_INIT: 初始化flash, 成功就切换状态为BOOT_ERASE，出错就重启。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

BOOT_ERASE：擦除flash的Application区间，成功就切换状态BOOT_RECEIVE，出错就重启。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

BOOT_RECEIVE：接收Hex数据，每成功接收一行数据，就切换状态为BOOT_PROGRAM，出错就重启。　　　　　　　　　　　

BOOT_PROGRAM：解析数据，数据ready就完成烧写，如果数据是最后一行数据，就切换状态为BOOT_PREJUMP，否则切回BOOT_RECEIVE，出错就重启。　　　　　　　　　　

BOOT_PREJUMP: 检查数据并处理未处理的数据，成功则切换状态为BOOT_JUMPTO_APP，出错就重启。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

BOOT_JUMPTO_APP: 设置Application中断向量，设置Application的Stack首地址。跳转到Application Reset 向量地址。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

Jump_To_Application这个函数功能很简单，却花了很多时间，Application已经烧写完成，始终无法跳转过去，包括NXP官网上bootloader例程的跳转方法也不行，后来经过不断试错，总算成功了，最终实现如下：

void Jump_To_Application(uint32_t userSP)
{
    void (*entry)(void);
    uint32_t pc;
    if(userSP == 0xFFFFFFFF)
    {
        return;
    }
    else
    {
        /* Set up stack pointer */
        __asm("msr msp, r0");
        __asm("msr psp, r0");
        /* Relocate vector table */
        S32_SCB->VTOR = (uint32_t)APP_START_ADDRESS;
        /* Jump to application PC */
        pc = *((volatile uint32_t *)(APP_START_ADDRESS + 4));
        entry = (void (*)(void))pc;
        entry();
    }
}

Bootloader 的开发环境：

IDE： S32DS

Compiler： S32DS 自带的gcc

Hardware:  S32K116 EVB

SDK:   S32DS/S32SDK_S32K116_EAR_1.8.7