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发表于: 2017-7-16 00:08:07 | 显示全部楼层

微控制器上的引导加载程序是非常有用的。它使得我在需要时能够现场进行更新固件。有很多方法可以使用和制作引导加载程序。但是这样的引导程序在FLASH中需要一些空间，而且需要先在空白器件上编程，因此需要一个JTAG编程器。这就是为什么供应商已经开始在他们的器件中包含一个ROM引导加载程序：微控制器出厂时在FLASH中预装了一个引导加载程序。所以，我不需要自己编写引导加载程序，而是使用在ROM中的引导加载程序。

和所有的方法一样，这种方法也有利弊。

简介

在一些最近推出的NXP Kinetis微控制器都包括了一个ROM引导加载程序。本实验中我选择了恩智浦FRDM-KL03Z开发板，因为它价格比较低廉（低于20美元），并且包含一个可用于较小应用程序的小型微控制器。而且KL03Z出现在Ultimate Hacking Keyboard上，后者引起了我的兴趣。在本文中，我将分享在使用KL03Z（ARM Cortex-M0 +、32 KB FLASH、2 KB SRAM和24 QFN封装）中的ROM引导加载程序过程中的经验：

本文中使用的源代码可以在GitHub上找到。

引导加载程序？

NXP Kinetis引导加载程序（KBOOT软件）版本v2可以在www.nxp.com/kboot下载。恩智浦提供三种不同的样式：

• Flashloader：该引导加载程序是“一次性引导加载程序”，会永久保留在FLASH中，不管是出厂设置还是用户编程。引导加载程序区域可以被应用程序覆盖，因此应用程序可以使用完整的FLASH存储器。但只能更新应用程序一次，除非应用程序本身包含引导加载程序。 Flashloader无需JTAG编程器就可以对器件编程。 KBOOT软件包中带有几个示例应用程序。

• Flash-Resident Bootloader：此引导程序是位于FLASH存储器中的“传统”的引导加载程序。官方提供了源代码，我可以完全对其进行配置，但是最初需要一个JTAG编程器来编程器件。KBOOT软件包包含了不同开发板的几个示例。

• ROM Bootloader：此引导加载程序存在于所有Kinetis器件上，并且带有引导ROM，包括KL03Z。它基本上是Flash-Resident Bootloader的特殊版本，编程到器件的ROM中。但是，除了参考手册中的信息之外，还没有提供源文件或任何其他信息。

有很多与Bootloader进行通信的不同方法（I²C、SPI、UART、USB HID、USB MSD、CAN）。引导加载程序使用特殊的通信协议，KBOOT软件包括GUI和命令行实用程序来与设备进行通信。

ROM Bootloader

ROM引导加载程序位于从0x1c00200地址开始的ROM中，并在引导加载程序运行时使用RAM的一部分：

注意：有可用的ROM引导加载程序的源代码和内存映射图是非常有用的。这样的话，就可以从应用程序重新使用一些引导加载程序函数来节省FLASH空间。

引导加载程序可以通过使用以下代码由应用程序调用：

static void RunRomBootloader(void) {
uint32_t runBootloaderAddress;
void (*runBootloader)(void *arg);
/* Read the function address from the ROM API tree. */
runBootloaderAddress = **(uint32_t **)(0x1c00001c);
runBootloader = (void (*)(void * arg))runBootloaderAddress;
/* Start the bootloader. */
runBootloader(NULL);
}

复制代码

使用上述代码，应用程序可以随时进入引导加载程序。

引导启动

在POR（上电复位）或正常复位期间，可以进行配置微控制器是进入ROM引导加载程序，或者是直接从正常FLASH引导启动。

这是由以下几件事情控制的：

• FORCEROM：两个位，用于配置始终进入ROM引导加载程序。如果这些位不为零，它始终进入ROM引导加载程序。

• BOOTPIN_OPT：FOPT寄存器的一部分。如果该位为零，它将启用检查可选的引导加载程序使能引脚（KL03Z为NMI）：如果该引脚拉低，则它进入ROM引导加载程序

• BOOTCFG0引脚：这是由BOOTPIN_OPT设置启用的引脚（KL03Z为NMI引脚）。

• BOOTSRC_SEL：FOPT寄存器的一部分。如果设置为10或11，则进入ROM引导加载程序：

以下是引导过程的流程图：

进入引导加载程序

如果满足以下条件，则进入ROM引导加载程序：

• FORCEROM设置为非零值

• 或者：Bootloader引脚配置为BOOTPIN_OPT，该引脚被置位（NMI）

• 或者：BOOTSRC_SEL设置为10或11

NMI引脚位于KL03Z32VFK4的引脚19上：

在FRDM-KL03Z开发板上，NMI引脚连接到SW3按钮：

按钮位于FRDM-KL03Z开发板的以下位置：

引导程序引脚复用

如上所述，NMI引脚可用于进入引导加载程序。引导加载程序可以通信的引脚在参考手册中有记录。 KL03Z可以通过UART、SPI和I²C进行通信：

UART（PTB1、PTB2）连接到K20的OpenSDA USB CDC，I2C（PTB3，PTB4）连接到J2插头：

电梯直达

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不吃肉的小孩

发表于: 2017-7-16 14:16:44 | 显示全部楼层

沙发

引导加载程序配置区域（BCA）

引导加载程序由FLASH中位于0x3C0的结构体配置（在从地址0x0开始的向量表之后）：

BCA和链接器文件

要配置引导加载程序和BCA，我使用以下实现：

请注意，引导程序将选择第一个“工作”的通信通道！我有一个问题，在I2C总线上，另一个设备在引导加载程序启动期间发送数据，导致引导程序监听I2C总线而不是UART。我建议仅在BCA设置中启用所需的通信通道。

/* bootloader_config.c
* KBOOT ROM Bootloader configuration for FRDM-KL03Z Board
*/
#include <stdint.h>
#define ENABLE_BCA (1)
/*!< 1: define Bootloader Configuration Area mit magic number to use it from ROM bootloader; 0: use default setting (no BCA) */
typedef struct BootloaderConfiguration
{
uint32_t tag; //!< [00:03] Magic number to verify bootloader configuration is
//! valid. Must be set to 'kcfg'.
uint32_t crcStartAddress; //!< [04:07] Start address for application image CRC
//! check. If the bits are all set then Kinetis
//! bootloader by default will not perform any CRC
//! check.
uint32_t crcByteCount; //!< [08:0b] Byte count for application image CRC
//! check. If the bits are all set then Kinetis
//! bootloader by default will not prform any CRC check.
uint32_t crcExpectedValue; //!< [0c:0f] Expected CRC value for application CRC
//! check. If the bits are all set then Kinetis
//! bootloader by default will not perform any CRC
//! check.
uint8_t enabledPeripherals; //!< [10:10] Bitfield of peripherals to enable.
//! bit 0 - LPUART, bit 1 - I2C, bit 2 - SPI,
//! bit 3 - CAN, bit 4 - USB
//! Kinetis bootloader will enable the peripheral if
//! corresponding bit is set to 1.
uint8_t i2cSlaveAddress; //!< [11:11] If not 0xFF, used as the 7-bit I2C slave
//! address. If 0xFF, defaults to 0x10
//! for I2C slave address.
uint16_t peripheralDetectionTimeoutMs; //!< [12:13] Timeout in milliseconds
//! for active peripheral detection. If
//! 0xFFFF, defaults to 5 seconds.
uint16_t usbVid; //!< [14:15] Sets the USB Vendor ID reported by the device
//! during enumeration. If 0xFFFF, it defaults to 0x15A2.
uint16_t usbPid; //!< [16:17] Sets the USB Product ID reported by the device
//! during enumeration.
uint32_t usbStringsPointer; //!< [18:1b] Sets the USB Strings reported by the
//! device during enumeration.
uint8_t clockFlags; //!< [1c:1c] The flags in the clockFlags configuration
//! field are enabled if the corresponding bit is cleared (0).
//! bit 0 - HighSpeed Enable high speed mode (i.e., 48 MHz).
uint8_t clockDivider; //!< [1d:1d] Inverted value of the divider to use for
//! core and bus clocks when in high speed mode.
} bootloader_config_t;
/* bits for enabledPeripherals */
#define ENABLE_PERIPHERAL_UART (1<<0)
#define ENABLE_PERIPHERAL_I2C (1<<1)
#define ENABLE_PERIPHERAL_SPI (1<<2)
#define ENABLE_PERIPHERAL_CAN (1<<3) /* not supported for KL03! */
#define ENABLE_PERIPHERAL_USB_HID (1<<4) /* not supported for KL03! */
#define ENABLE_PERIPHERAL_USB_MSC (1<<7) /* not supported for KL03! */
/* Bootloader configuration area, needs to be at address 0x3C0! */
__attribute__((section(".BootloaderConfig"))) const bootloader_config_t BootloaderConfig =
{
#if ENABLE_BCA
.tag = 0x6766636B, //!< Magic Number
#else
.tag = 0xFFFFFFFF, //!< No Magic Number
#endif
.crcStartAddress = 0xFFFFFFFF, //!< Disable CRC check
.crcByteCount = 0xFFFFFFFF, //!< Disable CRC check
.crcExpectedValue = 0xFFFFFFFF, //!< Disable CRC check
.enabledPeripherals = ENABLE_PERIPHERAL_UART, //ENABLE_PERIPHERAL_UART|ENABLE_PERIPHERAL_I2C|ENABLE_PERIPHERAL_SPI|ENABLE_PERIPHERAL_CAN|ENABLE_PERIPHERAL_USB_HID|ENABLE_PERIPHERAL_USB_MSC, //!< Enabled Peripheral: UART I2C SPI CAN USB-HID
.i2cSlaveAddress = 0x10, //!< Use default I2C address(0x10)
.peripheralDetectionTimeoutMs = 5000, //!< Use user-defined timeout(ms)
.usbVid = 0xFFFF, //!< Use default Vendor ID(0x15A2)
.usbPid = 0xFFFF, //!< Use default Product ID(0x0073)
.usbStringsPointer = 0xFFFFFFFF, //!< Use default USB String
.clockFlags = 0xFF, //!< 0 bit cleared: Enable High speed mode. NOTE: Enabling high speed mode makes UART connection worse or requires pull-up on Rx line!
.clockDivider = 0xff, //!< Use clock divider(0)
};
/* 16 bytes at address 0x400 */
__attribute__((used, section(".FlashConfig"))) const uint32_t FOPTConfig[4] = {
0xFFFFFFFF,
0xFFFFFFFF,
0xFFFFFFFF,
// 0xFFFF3DFE // boot from FLASH
0xFFFFBDFE // boot from ROM, means this will kick in the bootloader by default
};

复制代码

注意FlashConfig（FOPT）配置！如果没有正确的话，你可能会损坏元件！

使用宏

#define ENABLE_BCA (1)
/*!< 1: define Bootloader Configuration Area mit magic number to use it from ROM bootloader; 0: use default setting (no BCA) */

复制代码

我可以打开/关闭BCA。如果关闭（设置为0），则不会使用BCA签名，并且引导加载程序忽略BCA。

需要在FLASH中分配BootloaderConfig变量，地址为0x3C0。为此我已经分配了一个MEMORY区域

m_bootloader_config (RX) : ORIGIN = 0x000003C0, LENGTH = 0x20 /* ROM Bootloader configuration */

复制代码

链接器文件中的相应位置：

/* placing my named section at given address: */
.myBootloaderConfigBlock :
{
KEEP(*(.BootloaderConfig)) /* keep my variable even if not referenced */
} > m_bootloader_config

复制代码

闪存配置（FOPT）相同：声明一个内存区域：

m_bootloader_config (RX) : ORIGIN = 0x000003C0, LENGTH = 0x20 /* ROM Bootloader configuration */

复制代码

并将其放在链接器部分中，如下所示：

.flash_config :
{
. = ALIGN(4);
KEEP(*(.FlashConfig)) /* Flash Configuration Field (FCF) */
. = ALIGN(4);
} > m_flash_config

复制代码

擦除BCA和FLASH

如果配置区域未正确设置，则运行引导加载程序可能会失败。我强烈建议在开始使用FRDM-KL03Z开发板时擦除KL03Z存储器，因为预加载的演示应用程序似乎混淆了引导加载程序。要擦除FLASH，我正在使用SEGGER OpenSDA固件和SEGGER J-Link J-Flash Lite程序，它免费用于非生产目的：

选择器件：

然后擦除芯片：

这样，BCA被擦除并设置为默认的0xFF内存模式。

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不吃肉的小孩

发表于: 2017-7-16 15:05:22 | 显示全部楼层

板凳

通过UART连接到引导加载程序

擦除FLASH后，要建立与ROM引导加载程序的初始连接，请将USB电缆连接到OpenSDA USB端口：

确定虚拟COM端口（例如使用Windows设备管理器）：

然后在SW3 / NMI引脚拉低的同时进行复位：

1. 按住“复位”按钮

2. 按住SW3按钮

3. 松开复位按钮，同时仍按住SW3按钮

4. 松开SW3按钮

目前没有任何可视符号显示微控制器现在处于引导加载程序模式。

注意：ROM引导加载程序有几个问题，请参阅以下勘误表：

因此，我只能使用19200波特率进行连接（并不总是成功！）。所以确保你使用的是19200波特率！

要连接到电路板，请使用KinetisFlashTool（GUI）或blhost（命令行工具）。

注意：在第一次通信尝试中选择所使用的通信通道（I2C、UART、SPI）和速度（波特率）。要更改通信速度或通信通道，KL03Z必须先复位！

KinetisFlashTool（适用于Windows）位于

<KBOOT Installation path>\NXP_Kinetis_Bootloader_2_0_0\bin\Tools\KinetisFlashTool\win

复制代码

blhost工具位于

<KBOOT Installation path>\NXP_Kinetis_Bootloader_2_0_0\bin\Tools\blhost

复制代码

然后单击“connect”，并希望能够连接（否则重试）：

用blhost命令行工具，使用

blhost --port COM9,19200 -d -- get-property 1

复制代码

注意：确保COM端口尚未使用（关闭KinetisFlashTool）。

-d选项产生一些调试输出，并且使用get-property 1，我要求输出引导程序版本信息。

上电后的第一个命令可能丢失（勘误表中的另一个条目）：在这种情况下，请使用CTRL-C取消命令：

blhost --port COM9,19200 -d -- get-property 1
Warning: Operation canceled!
- The target device must be reset before sending any further commands.
^C

复制代码

然后再重试一次，第二次通常工作：

blhost --port COM9,19200 -d -- get-property 1
[5a a6]
<5a>
Ping responded in 1 attempt(s)
<a7>
<00 00 01 50 00 00 29 ae>
Framing protocol version = 0x50010000, options = 0x0
Inject command 'get-property'
[5a a4 0c 00 4b 33 07 00 00 02 01 00 00 00 00 00 00 00]
<5a>
<a1>
<5a>
<a4>
<0c 00>
<07 7a>
<a7 00 00 02 00 00 00 00 00 00 01 4b>
Successful response to command 'get-property(current-version)'
- took 0.009 seconds
[5a a1]
Response status = 0 (0x0) Success.
Response word 1 = 1258356736 (0x4b010000)
Current Version = K1.0.0

复制代码

成功！我们可以和bootloader通讯！

在勘误表中考虑到e8086后，我进一步改善了以上情况：

所以我添加了一个10K的上拉到LPUART Rx引脚：

为UART连接启用更高的波特率

经过大量的实验和错误，我成功得到一个稳定的引导加载器UART连接。以下是我的做法：

1. 向LPUART Rx引脚添加10k上拉电阻

2. 将BCA时钟标志设置为0xFE：.clockFlags = 0xFE

3. 将BCA时钟分频器设置为0xFF：.clockDivider = 0xff

4. 复位，然后使用上述设置进入引导加载程序

这样我就可以使用例如57600的波特率：

blhost --port COM9,57600 -d -- get-property 0x2
[5a a6]
<5a>
Ping responded in 1 attempt(s)
<a7>
<00 00 01 50 00 00 29 ae>
Framing protocol version = 0x50010000, options = 0x0
Inject command 'get-property'
[5a a4 0c 00 3e fb 07 00 00 02 02 00 00 00 00 00 00 00]
<5a>
<a1>
<5a>
<a4>
<0c 00>
<2d c6>
<a7 00 00 02 00 00 00 00 01 00 00 00>
Successful response to command 'get-property(available-peripherals)'
- took 0.013 seconds
[5a a1]
Response status = 0 (0x0) Success.
Response word 1 = 1 (0x1)
Available Peripherals = UART

复制代码

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不吃肉的小孩

发表于: 2017-7-17 09:57:09 | 显示全部楼层

地板

使用引导程序加载二进制文件

我将三个LED闪烁程序放在了GitHub，可以用来测试引导程序：

如果使用Flash工具，请浏览到二进制文件，然后使用Update按钮：

与blhost命令行实用程序相同，如下所示：

blhost --port COM9,57600 write-memory 0 "FRDM-KL03Z_LED_blue.bin"

复制代码

如果使用S19 / S-Record文件，则可以使用“flash-image”命令：

blhost --port COM9,57600 flash-image "FRDM-KL03Z_LED_blue.srec"

复制代码

但是，我遇到了这些错误，他们返回错误：kStatus_FlashCommandFailure

blhost --port COM9,57600 write-memory 0 "c:\tmp\FRDM-KL03Z_LED_blue.bin"
Ping responded in 1 attempt(s)
Inject command 'write-memory'
Preparing to send 14784 (0x39c0) bytes to the target.
Successful generic response to command 'write-memory'
(1/1)24%Data phase write aborted by status 0x2712 kStatus_AbortDataPhase
Response status = 105 (0x69) kStatus_FlashCommandFailure
Wrote 3616 of 14784 bytes.

复制代码

只有通过反复试验，我才发现，如果我先进行一次flash-erase-all，它才会成功：

blhost --port COM9,57600 -d -- flash-erase-all
[5a a6]
<5a>
Ping responded in 1 attempt(s)
<a7>
<00 00 01 50 00 00 29 ae>
Framing protocol version = 0x50010000, options = 0x0
Inject command 'flash-erase-all'
[5a a4 08 00 0c 22 01 00 00 01 00 00 00 00]
<5a>
<a1>
<5a>
<a4>
<0c 00>
<2d 84>
<a0 00 08 02 00 00 00 00 01 00 00 00>
Successful generic response to command 'flash-erase-all'
- took 0.034 seconds
[5a a1]
Response status = 0 (0x0) Success.

复制代码

然后执行编程：

blhost --port COM9,57600 write-memory 0 "c:\tmp\FRDM-KL03Z_LED.bin"
Ping responded in 1 attempt(s)
Inject command 'write-memory'
Preparing to send 17544 (0x4488) bytes to the target.
Successful generic response to command 'write-memory'
(1/1)100% Completed!
Successful generic response to command 'write-memory'
Response status = 0 (0x0) Success.
Wrote 17544 of 17544 bytes.

复制代码

我没有任何说明，因为我的flash没有被保护。至少我找到了一种方法可以让它工作。

总结

ROM引导程序是一件非常好的事情：我不需要为引导程序保留FLASH空间。相反，引导加载程序被烧录到ROM中，我可以通过恩智浦KL03Z上的I²C、UART和SPI进行通信。请注意勘误表，并采取正确的步骤和连接设置，希望能够正常工作。KL03Z器件勘误表会影响ROM引导加载程序的几个部分，需要一些解决方法。

下一步是什么？我正在探索和使用BusPal技术：这部分是非常有趣的，因为它允许使用微控制器与另一个微控制器的引导程序进行访问。这样，一个器件可以更新另一个器件。恩智浦提供的项目是针对IAR和Keil，但是我已经设法使用免费开放的GNU工具将BusPal连接到FRDM-KL25Z。

希望本文有助于您快速入门FRDM-KL03Z或任何其他开发板上启动引导程序。并且不要忘记要检查你的器件勘误表;-)。

参考链接

■ Kinetis Bootloader和Tools下载页面：www.nxp.com/kboot

■ 本文中GitHub上使用的源代码：https://github.com/ErichStyger/m ... L03Z/FRDM-KL03Z_LED

■ 恩智浦Freedom Board：http://www.nxp.com/freedom

■ FRDM-KL03Z开发板：http://www.nxp.com/products/soft ... l03-mcus:FRDM-KL03Z

■ FRDM-KL03Z勘误表：http://www.nxp.com/docs/en/errata/KL03Z_1N86K.pdf

■ Ultimate Hacking Keyboard：https://ultimatehackingkeyboard.com/

■ 串行引导加载程序：https://mcuoneclipse.com/2013/04 ... h-processor-expert/

■ 引导加载程序的终端：https://mcuoneclipse.com/2016/06 ... serial-bootloaders/

译者注：本文翻译自https://mcuoneclipse.com/2017/07 ... p-frdm-kl03z-board/。如有错漏，敬请指正。