介紹

這篇應用筆記介紹了為 基于180nm技術的 S12和S12X微控制器家族 編寫的一個bootloader程序的運行和使用。

使用這bootloader可以很方便地實現(xiàn)生產(chǎn)中編程或者“在線系統(tǒng)(in-system)”編程，特別是應用于那些 無法使用HCS12背景調(diào)試接口(BDM)的場合。用戶必須在生產(chǎn)準備階段或在編程供應商那把bootloader預先燒寫進S12(X)。Bootloader會留存在MCU中以供未來使用。

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

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

硬件兼容性

有兩個版本的bootloader：

第一個是為S12系列(S12P、S12HY、S12HA和S12G)寫的。

第二個是為S12X系列(S12XS、S12XE和S12XF)寫的。

除非特別標注，這篇應用筆記中的內(nèi)容適用于所有兩個版本。

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

當前不支持對D-Flash或說EEPROM的編程。

需求

為了成功運行這個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bootloader還是用戶應用程序。比如可以選擇通過判斷輸入引腳的狀態(tài)、通過EEPROM內(nèi)存中的某個變量的狀態(tài)或者通過從通訊接口收到的命令。

這個bootloader使用第一種方式。在重置之后，bootloader會使能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行bootloader。

可能這個引腳的外部電路是這樣的：一個開關、跳線或者一個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。

默認的，串行通信會設為這個格式：

8數(shù)據(jù)位

1起始位

1停止位

0校驗位

Xon/Xoff 流控制

默認的波特率是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會使用S12微控制器內(nèi)部的一個1MHz的RC震蕩電路。Bootloader設置總線頻率為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以達到40MHz的總線時鐘頻率。這是為了提高通信速率以加快代碼下載速度。

功能描述

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

運作

bootloader會處理所有的重置向量。在重置后，會調(diào)用bootloader的startup例程。首先，bootloader會讀取PP0引腳的狀態(tài)。如果引腳值為邏輯0，bootloader就會開始工作。如果是邏輯1，就會調(diào)用用戶應用程序的startup例程。如果用戶應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都會開始運行。用戶可以重寫這個代碼以更改啟動條件。

中斷向量

在用戶應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被放在最高的一個地址塊中，地址0xF000-0xFFFF。這個區(qū)域是受保護的，所以用戶的應用程序不能把中斷向量表放在默認的地址0xFF10-0xFFFF。這種方案的優(yōu)點是bootloader不會受到電源故障的影響，這可能會在重寫中斷和重置向量時發(fā)生。

掩碼組與part ID

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

當要把s-record編程到flash內(nèi)存中去時，bootloader會檢查是否地址位于物理flash內(nèi)存上。當?shù)刂窡o效時，會返回一個錯誤。

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

用戶指南

這個部分描述了使用這個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中測試過了。

如圖2選擇target。

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圖 2.S12 target選項

通過引腳PP0來決定是啟動bootloader還是用戶應用程序。如果PP0是低電平，就會啟動bootloader，如果PP0是高電平，就會啟動用戶應用程序。如果這個默認配置不好用，用戶可以在Start12.s中重寫這個代碼。

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中測試過了。

打開文件Config.h并進行如下設置：
設置FLASH_PRESCALER(加載到FCLKDIV寄存器中的值)以讓flash運行頻率在800-1050kHz間，如參考手冊所述。
設置PLL以使總線頻率達到40MHz?？梢岳眠@個應用筆記附帶的PLL計算器。

如圖3選擇target。

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圖 3.S12X target選項

通過引腳PP0來決定是啟動bootloader還是用戶應用程序。如果PP0是低電平，就會啟動bootloader，如果PP0是高電平，就會啟動用戶應用程序。如果這個默認配置不好用，用戶可以在StartS12X.s中重寫這個代碼。

Bootloader指南

編譯工程并通過BDM設備下載bootloader到MCU中去。

打開串口調(diào)試助手。設置波特率為9600，1個起始位，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就啟動了，然后你會在串口調(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，因為flash已經(jīng)被BDM設備擦除了。

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。
為了測試目的，使用附加到這個應用筆記上的示例S-records。S-records必須使用特定的格式。請參考章節(jié)6，“怎么寫用戶應用程序”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

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

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圖 6.下載用戶應用

怎么寫用戶應用程序

你必須確保用戶應用程序不會碰到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。這是因為地址0xF000-0xFFFF會放著bootloader，而0xEFE0-0xEFFF會用作用戶應用的重置向量。

如果使用了中斷：
4. 把segment ROM_4000從原來的0x4000-0x7FFF改成0x4000-0x7F0F。0x7F10-0x7FFF會被用于重定位中斷向量表。
5. 如附件示例應用那樣創(chuàng)建一個中斷向量表，并對應的設置IVBR寄存器。IVBR設置中斷向量表的基地址，這種情況下必須被設置為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設備(取決你用的是哪個)，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. 點擊Convert按鈕。

圖 7.SRecCvt

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怎么合并用戶應用和bootloader

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

這是推薦的流程：
1. 打開按照第6章“怎么寫用戶應用程序”中所述那樣創(chuàng)建的用戶應用程序。
2. 把一個用戶應用程序重置向量放到地址0xEFFE，這樣bootloader就可以使用這個向量了?？截愐韵氯械絤ain.c中：

extern void near _Startup(void)

typedef void (*near tFunc)(void)

const tFunc rst_vec @0xEFFE = _Startup

3. 移除原先的用戶應用程序重置向量。
在Project.prm文件中注釋掉這行：
//VECTOR 0 _Startup
4. 復制準備好了的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. 鏈接這個文件到用戶應用程序中。
在Project.prm的開頭加上這個命令：
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

這個命令能確保燒寫器不會在MCU編程過程中自動地改變0xFF0F處的flash安全字節(jié)為一個不安全狀態(tài)(0xFE)，這樣，這個phrase(0xFF08-0XFF0F)就可以被加載定義在bootloader中的值了。如果不使用這個命令，會導致在這個phrase發(fā)生ECC錯誤，芯片會被保護，并且flash會被完全保護。
7. 編譯項目。最終的s-record就準備好被BDM設備下載入微控制器了。 測試

這個bootloaders在這些開發(fā)板上測試成功過：

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用筆記相關的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MCU中。

Demo_applications_with_linked_bootloader — 包含bootloader的用戶應用程序。

SRecCvt — 用于轉(zhuǎn)換S-Record的工具。

S12XE_PLL_Calculator — 幫助設置PLL模塊的工具。