【導讀】引導加載器支持產(chǎn)品固件的現(xiàn)場更新。引導加載器可使用UART、I2C、SPI或USB等常見通信接口更新固件，而引導加載器主機和目標之間通常采用有線連接方式。在藍牙到串行適配器的幫助下，這個引導加載操作能通過無線方式實現(xiàn)。如果目標所處的位置難以物理地訪問，或者目標位于密封設備內(nèi)，那么這種無線連接功能就會特別有用。
使用引導加載器的第一步就是配置產(chǎn)品，讓引導加載器（而不是應用）去執(zhí)行。一旦引導加載器運行，主機就會通過通信通道發(fā)送“start bootload”命令。如果引導加載器發(fā)出“OK”回應，那么就會開始引導加載。在引導加載期間，主機讀取新應用文件，將其解析為閃存寫入命令，并發(fā)送命令到引導加載器。在整個文件發(fā)送后，引導加載器會確認文件完整性，并發(fā)送控制到新應用。
采用藍牙到串行適配器的無線引導加載過程可在任何支持UART引導加載器的目標上進行，無需使用藍牙串行端口配置文件（SPP）對運行在目標設備上的主機或引導加載器固件進行任何修改。藍牙配置文件是指定藍牙設備一般行為的藍牙核心規(guī)范上額外的協(xié)議，可用于支持藍牙設備與其它具有相同配置文件的設備進行通信。
SPP基于仿真RS-232串行端口的射頻通信（RFCOMM）協(xié)議，它定義了如何設置兩個設備之間的虛擬串行端口，如何利用藍牙互聯(lián)。支持藍牙功能的PC能連接到目標側(cè)的藍牙串行適配器，并進行引導加載操作。引導加載命令可通過發(fā)送串行命令到當前運行在目標器件上的應用而實現(xiàn)無線觸發(fā)。
引導加載器
引導加載過程會通過標準通信接口更新嵌入式系統(tǒng)的固件。主機可以是帶引導加載器主機應用工具的PC，也可以是另一個微控制器。引導加載器是加電啟動或系統(tǒng)重設后將要執(zhí)行的第一行代碼。引導加載器會預編程到微控制器中，與主機通信，并獲得新的應用鏡像，將其寫入微控制器的內(nèi)部閃存。在引導加載操作成功后，微控制器會開始執(zhí)行新的應用固件。如果沒有從主機接收到新的應用，那么引導加載器會執(zhí)行微控制器中現(xiàn)有的應用。
應用固件鏡像的格式取決于使用的微控制器。舉例來說，PSoC控制器使用.cyacd（應用代碼和數(shù)據(jù)）作為引導加載應用的格式。如果采用標準的藍牙到串行適配器，那么我們可在支持UART引導加載器的目標器件上無線執(zhí)行同樣的引導加載操作。
在利用藍牙到串行適配器進行無線引導加載的情況下，基本的引導加載操作保持不變。不過，我們需要在主機和目標器件之間建立虛擬串行連接，通過藍牙無線發(fā)送應用鏡像。SPP定義了如何設置虛擬串行端口和兩個藍牙設備的互聯(lián)，隨后允許設備進行RS232（或類似的）串行線纜仿真。這種配置文件涵蓋的情境能支持傳統(tǒng)應用，這里藍牙作為線纜連接的替代，使用虛擬串行端口抽象。利用SPP，互聯(lián)設備發(fā)送和接收數(shù)據(jù)就像互聯(lián)的RX和TX線路一樣。
圖1顯示了SPP中使用的協(xié)議和實體。基帶、LMP和L2CAP是OSI 中的第1層和第2層藍牙協(xié)議。RFCOMM是藍牙版GSM TS 07.10標準，GSM手機用它在一個物理串行線纜上多路復用多個流，為串行端口仿真提供通信協(xié)議。SDP是藍牙服務發(fā)現(xiàn)協(xié)議，支持藍牙設備發(fā)現(xiàn)其它藍牙設備提供的服務和相關參數(shù)。
圖1：配置文件協(xié)議棧包括SPP使用的不同協(xié)議和實體。
就使用SPP的無線引導加載而言，兩側(cè)運行的應用為PC上的引導加載器主機應用或主機微控制器上的UART接口以及目標系統(tǒng)上的UART引導加載器。
Bluefruit EZ-link模塊或JY-MCU模塊等標準藍牙到串行適配器能配對具備藍牙功能的計算機，并顯示為串行COM端口。將藍牙模塊和PC配對后，設備管理器中會列出兩個串行COM端口。之所以會出現(xiàn)這種情況，是因為藍牙串行端口是基于RFCOMM，與物理串行端口不同，它在建立藍牙虛擬連接時同時需要服務器和客戶端。
設備管理器中列出的一個端口是入站端口（服務器），另一個則是出站端口（客戶端）。然而，用其中一個串行端口建立連接后，它就是雙向的。如果PC發(fā)起與藍牙模塊的連接，則使用出站端口。如果藍牙模塊發(fā)起連接，則使用入站端口。對于目標系統(tǒng)的無線引導加載而言，必須使用出站端口，因為PC是主機，它必須發(fā)起與藍牙模塊的連接。
藍牙模塊必須連接到運行UART引導加載器的目標系統(tǒng)上的UART接口。舉例來說，在關閉電路板的USB到串行部分以無線引導加載PSoC 4的情況下，藍牙模塊可連接到CY8CKIT-049 PSoC 4原型設計套件。PSoC 4原型設計板易于使用，成本較低，能在主板兼容報頭上提供PSoC 4微控制器的所有I/O引腳，從而支持快速原型設計，而且配套提供預編程的UART引導加載器。
藍牙模塊的波特率應匹配目標系統(tǒng)上引導加載器配置的波特率。大多數(shù)藍牙模塊支持AT命令來配置模塊的波特率，這需要用到USB-UART橋接器或配備UART接口的微控制器。PSoC 4原型設計板的USB-串行器件部分也可利用AT命令配置藍牙模塊的波特率。引導加載器主機應用工具則用藍牙虛擬串行端口來無線執(zhí)行引導加載操作。圖2給出了主機和目標系統(tǒng)的系統(tǒng)級方框圖。
圖2：系統(tǒng)級方框圖顯示主機和目標系統(tǒng)的不同組件。
如果引導加載器主機是另一個微控制器，那么無線引導加載程序仍會在其它藍牙到串行適配器（連接到主機微控制器UART接口）的幫助下進行。對于不支持藍牙的PC而言，標準的USB藍牙收發(fā)器可用來建立藍牙模塊連接。
成功引導加載后，目標系統(tǒng)會開始執(zhí)行新的應用。如果需要引導加載另一個新應用，那么目標系統(tǒng)必須重啟，以再次啟動引導加載器。如果應用調(diào)用引導加載器，就能避免這一過程。引導加載的應用響應于某種外部事件，如按下按鍵或主機發(fā)出的具體數(shù)據(jù)命令，從而再次啟動引導加載操作，在目標系統(tǒng)上載入新的應用。
此外，低功耗藍牙（BLE）模塊也可用于無線引導加載。與傳統(tǒng)藍牙不同的是，低功耗藍牙不使用SPP。不過，對于低功耗藍牙而言，所有配置文件和服務支持全部位于應用空間內(nèi)。產(chǎn)品開發(fā)人員能在通用屬性配置文件（GATT）基礎上開發(fā)自己的串行端口服務，滿足BLE模塊需求，并將其用于無線引導加載。
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引導加載器的設計考慮因素：
穩(wěn)健可靠的引導加載器應當能夠檢測、報告并有效處理無線引導加載過程中出現(xiàn)的錯誤，如傳輸過程中的數(shù)據(jù)包丟失、數(shù)據(jù)損壞和閃存寫入錯誤等。通過存儲應用的校驗和或循環(huán)冗余碼（CRC），可以執(zhí)行閃存錯誤校驗。在引導加載操作開始后，位會被清空。如果應用成功下載并安裝，就會更新。舉例來說，如果在引導加載時斷電，那么在重啟時引導加載器應檢測無效的校驗位，而且不會讓部分加載的應用獲得控制權，而是等待主機啟動新的引導加載操作。
一旦新應用實現(xiàn)引導加載，那么引導加載器必須確認引導加載鏡像是否有效，并讓新應用獲得控制權。引導加載器還應當能檢查閃存中的自身鏡像，判斷其是否有效。另一個重要考慮因素是避免應用覆蓋引導加載器本身。如果引導加載器損壞或被應用覆蓋，那么系統(tǒng)就無法工作，需要對系統(tǒng)的引導加載器進行重新編程。為了避免這種情況，閃存的引導加載器區(qū)域必須進行保護，避免引導加載器代碼被意外覆蓋。
引導加載器設計的另一個重要考慮因素就是何時開始與主機通信。在確認應用有效后，引導加載器可等待一定時間讓主機開始新的引導加載操作。如果等待時間過短，主機可能還無法可靠啟動通信。如果等待時間過長，產(chǎn)品的整體啟動時間就會太長。與引導加載新應用時避免設備重啟的解決方案類似，這個時序問題可通過讓應用調(diào)用引導加載器進行解決。
為了確保目標系統(tǒng)無錯誤，我們可用多應用引導加載器在閃存中存儲多個應用鏡像。如果引導加載器檢測到某個應用鏡像被損壞，那么引導加載器能跳到另一個應用鏡像。能夠保存的應用數(shù)量取決于目標系統(tǒng)的閃存大小。
此外，引導加載器中還可包含簡單的調(diào)試功能，可用UART接口和Tera Term等終端仿真程序?qū)崿F(xiàn)，從而在PC上顯示調(diào)試信息。調(diào)試信息還能用相同的藍牙到串行調(diào)試器無線發(fā)送。
定制引導加載器主機工具：
不同微控制器可直接使用標準的引導加載器主機工具應用，無需對SPP的無線引導加載進行任何修改。然而，引導加載器主機工具可以進行定制，從而更好地滿足無線引導加載需求，并嵌入終端仿真器窗口，以查看調(diào)試信息，甚至能通過SPP無線發(fā)送具體數(shù)據(jù)來從應用中調(diào)用引導加載器。圖3顯示了具有嵌入式終端仿真器窗口的定制引導加載器主機工具應用實例。為充分利用終端仿真器，引導加載到目標系統(tǒng)的任何新應用都必須包含UART接口，并能在主機向目標系統(tǒng)發(fā)送具體數(shù)據(jù)時調(diào)用引導加載器。UART接口可在引導加載器和應用之間共享。
圖3：具有嵌入式終端仿真器窗口的定制引導加載器主機工具應用實例。
如果采用稍微復雜的多應用引導加載器設計，我們也能利用SPP從主機向目標系統(tǒng)無線發(fā)送不同消息，從而在閃存中切換存儲的多個應用，這就能節(jié)約新應用引導加載所需的時間。
