Xmodem Bootloader

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　　多年前玩Cisco交换机时，更新交换机操作系统就是使用超级终端的XMODEM传送功能发送BIN文件到交换机。当时感觉使用XMODEM发送BIN文件更新系统，简单可靠又实用，虽然没有TFTP速度快，但TFTP需要设置IP，子网掩码，需组网，甚至需关闭防火墙。XMODEM简单方便不少，只需接上PC的串口就可以。一直想给我的单片机学习板写个XMODEM BOOTLOADER程序，然后也像Cisco交换机那样通过XMODEM发送BIN文件来升级应用程序。直到半个月前才开始动手，最近才完成。我发现XMODEM BOOTLOADER实现简单，非常适合给单片机这种存储空间有限的系统在线升级。虽然XMODEM不快，但由于单片机系统的BIN文件也不太大，所以速度也不是问题。在介绍我的XMODEM BOOTLOADER前先简单介绍下XMODEM协议。

　　XMODEM协议

　　XMODEM协议是一种串口通信中广泛用到的异步文件传输协议。XMODEM传输是由XMODEM接收方发起的，通过发送NAK 信号或‘C’ (这里NAK不是报错，我叫它发起帧)来发起XMODEM传输（注意，NAK或‘C’决定之后XMODEM发送方是采用垂直累加和校验checksum，还是采用CRC-16校验）。发送方收到后，开始发送数据帧和其他控制帧。发送数据帧时，XMODEM文件发送方将文件分解成128字节的定长数据块，每发送一个数据块，等待对方应答后（ACK信号)才发送下一个数据块，数据校验采用垂直累加和校验（checksum），也可以采用CRC-16校验。属于简单ARQ（自动请求重发）协议，所以也适合于2线制的半双工的RS485网络中使用。

　　XMODEM发送的每个帧都有控制字符，并且只有以SOH开头的帧后面有数据，可以称为数据帧，其他帧都是单字符帧，每个帧都只有一个除SOH外的控制字符，包括应答帧（ACK），报错帧（NAK），结束帧（EOT），以及取消帧（CAN）。控制字符符合 ASICII 标准定义，长度均为 1 字节

　　SOH 0x01

　　EOT 0x04

　　ACK 0x06

　　NAK 0x15

　　CAN 0x18

这里介绍标准XMODEM数据帧的格式（数据校验为checksum校验）：　

| SOH | 信息包序号 | 信息包序号的反码 | 数据区段 | 算术校验和 |

|_____|________ |______________|________|__________|

说明:

　　SOH： 帧的开头字节，代表数据帧中的第一个字节

信息包序号: 对 256 取模所得到当前包号，第一个信息包的序号为 1，而信息包序号范围0~255。

信息包序号的反码: 当前信息包号的发码

数据区段: 数据区段的长度固定为 128 字节，其内容没有任何限制，可以是文本数据或二进制数据。如果最后一帧数据不满128字节，则使用0x1A填充剩余的空间

算术校验和: 1字节的算术校验和，只对数据区段计算后对 256 取模而得。

　　XMODEM BOOTLOADER

　　我的XMODEM BOOTLOADER是用C语言写给我的PIC学习板用的，上电后，XMODEM BOOTLOADER首先传送发起帧（NAK信号）给PC端超级终端，如果10秒后对方还没有发送第一个数据帧，则重复发送“NAK”，这种重复次数最多允许10次，仍然没有收到第一个数据帧，则退出本次通信，直接跳转到应用程序。如果收到数据块，则确认数据块序号及其反码，接收数据，确认校验和，如果有问题就返回报错帧，都没问题就烧写数据到对应的地址上，再返回应答帧（ACK）。接着接收下一个数据块，直到接收到结束帧，最后返回应答帧后，跳转到新的应用程序中去。之间如果收到取消帧，也会发送应答帧，然后退出本次通信。

XMODEM BOOTLOADER接收到的数据都是BIN数据，但是PIC 编译完成后生成的是Hex文件，所以我用C#写了个程序运行在PC上，将Hex文件转换成BIN文件。界面如下：

　　XMODEM SEND

XMODEM SEND 发送BIN文件，我用的是超级终端。其实我之前写过也用超级终端传送数据来升级程序的PIC bootloader, 有四款分别是写给PIC16F, PIC18F, dsPIC33, PIC32MZ的。但是那是用的SEND ASCII的方式，没有任何协议，没有应答机制，所以显的不是很可靠，但用来学习还是很不错的。下面是这四款PIC bootloader的链接。

PIC16F：http://www.cnblogs.com/geekygeek/p/hyperbootloader_pic16.html

PIC18F：http://www.cnblogs.com/geekygeek/p/hyperbootloader_pic18.html

dsPIC33：http://www.cnblogs.com/geekygeek/p/hyperbootloader_dspic.html

PIC32MZ：http://www.cnblogs.com/geekygeek/p/hyperbootloader_pic32.html

　　现在我将这四款PIC bootloader都改良为XMODEM bootloader，升级PIC target时使用超级终端的XMODEM SEND传送BIN文件。首先在超级终端“发送”菜单栏里选择“发送文件”，然后选择BIN文件，选择Xmodem协议。最后点击发送。重启带有XMODEM bootloader的单片机系统，XMODEM bootloader就会发起传输，然后超级终端开始传送数据，很快就完成在线升级程序，就像复现了当初升级Cisco交换机时的场景。我试了用SecureCRT的XMDOEM SEND发送BIN文件，同样可以和我的XMODEM BOOTLOADER协同工作，完成PIC单片机系统在线升级。