1. 引言

　　許多電子產品允許出廠后更新固件程序，從而制造商可以發布新的固件版本增加功能或是修正錯誤。該功能一般有兩種實現方式：在系統程序燒錄和駐留更新程序。若將待更新的芯片看做從機，將執行更新操作的PC或是MCU看做主機，第一種方法通過芯片的燒錄接口，由主機模擬生產時燒錄器的時序，將固件數據燒錄至Flash中;第二種方法在從機的運行代碼中實現一段駐留程序，主機通過某種通訊接口與駐留程序通信，將固件數據先發送給駐留程序，然后由該程序更新至Flash。駐留程序在生產時被燒錄，一般只能通過硬件燒錄的方式更新。

　　這種駐留程序有很多種稱呼，一個常見的名字是Bootloader，或者稱為引導程序。不過，由于駐留程序涉及內容較廣，實現穩定的更新功能需要較多的開發投入。Cypress PSoC3芯片族和PSoC Creator 1.0開發環境提供了一套完整的Bootloader開發框架，開發者無需編寫代碼，即可獲得基于I2C和USB接口的Bootloader功能;或者僅做簡單的二次開發，實現基于其他通訊接口或更新協議的Bootloader功能，從而縮短產品的研發周期。

　　2. 理解PSoC3 Bootloader

　　PSoC3芯片族是Cypress推出的基于8051核心的可配置片上系統(SoC)，其主要特性包括

　　· 片內包含多達64K Flash和8K SRAM;

　　· 16~24個數字可編程邏輯器件(PLD)，可以實現狀態機等需求定制數字邏輯;

　　· 豐富的固定功能模塊，包括1個使用內部晶振的Full-Speed USB2.0模塊，多達4個16位可配置的Timer/PWM/Counter模塊等

　　· 高性能模擬模塊，如75ns響應時間的比較器，最高采樣率192 ksps的12位 Delta-Sigma ADC等。

　　Cypress提供了與PSoC3配套的開發環境PSoC Creator 1.0，將其豐富的片內資源抽象成眾多的可配置功能模塊，開發者可以像設計電路板原理圖一樣，將所需模塊拖放在設計圖紙上，連接模塊之間的輸入輸出，然后使用C語言實現產品需求即可。

　　PSoC3將所有代碼存放在片內Flash中，程序執行也是基于Flash，因此，Bootloader與應用程序分別位于Flash空間的不同位置。圖 1給出了PSoC3 Bootloader的Flash布局。在64K Flash空間中，低地址處存放的是Bootloader，較高地址處存放的是應用程序，二者中間有一個填充為零的隔離區，此外，在最高地址還存放著一些公共數據，包括應用程序的起始地址，Bootloader使用的Flash大小，應用程序校驗和等。在產品的生命周期里，Bootloader只能在生產時通過硬件燒錄的方式寫入Flash，一旦產品出廠，除非意外情況，Bootloader不會被更新;應用程序也在生產時被寫入，但是產品出廠后仍然可以通過Bootloader更新。

　　圖 1 Bootloader與應用程序在PSoC3 Flash空間的布局

　　為了實現上述的Flash布局，開發者通常需要設置眾多的編譯、鏈接參數，這些參數控制編譯工具鏈生成所需固件映像(Image)，但其復雜性常常令許多開發者望而卻步。PSoC Creator 1.0提供了一種簡單的方法實現上述操作，將Bootloader與應用程序分成兩種工程(Project)：bootloader工程和bootoadable工程。前者維護Bootloader的實現，后者維護應用程序的實現，后者將前者作為編譯依賴，即bootoadable工程需要bootloader工程的編譯結果來完成自身的編譯鏈接。此劃分具有兩個優點，一方面將所有編譯工具鏈相關的參數設置與產品開發分離，完全由PSoC Creator自動處理，減少開發難度;另一方面易于Bootloader和應用程序的維護，如需添加新功能至應用程序，僅需改動bootloadable工程即可，避免錯誤修改Bootloader中內容。

　　在技術實現上，PSoC3 Bootloader可分為三個功能層次，如圖 2所示。基本通訊層關注通訊接口原子級的數據收發，不同的通訊接口具有不同的原子級數據收發，如SPI和UART一次數據收發都是基于單個字節，而I2C的一次完整數據收發由多個字節組成的I2C協議數據包。在基本通訊之上，PSoC3 Bootloader已定義了一套與主機通訊的更新協議，以便接收主機發送的命令幀，并將處理結果以狀態幀通知主機，此部分功能由協議處理層完成。核心功能層與具體的數據收發無關，此部分僅關注數據幀的解析，處理，Flash的讀寫等核心功能操作。

　　圖 2 Bootloader功能層次圖

　　通過此功能層劃分，核心功能層作為公共代碼模塊，所有的Bootloader工程創建時都將其包含在內，基本通訊層與通訊協議處理層由實際使用的通訊接口獨立維護。此設計可以在考慮不同通訊接口差異化的同時，盡量復用代碼，減少開發時間與難度。