采用UDP协议的PIC32MZ ethernet bootloader

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　　经过千辛万苦，今天终于完工PIC32MZ EC Starter Kit的ethernet bootloader项目。我将整个项目, 命名为PhnBootloader。它分为两个部分。第一个部分是PC 端的host程序PhnLoader_v3.0。另一部分是单片机端boot程序PhnBoot_v3.0，是从Microchip AN1388 ethernet bootloader移植过来的。整个移植过程碰到很多困难，主要是由于ethernet bootloader使用到Microchip 的TCP/IP Stack，但是TCP/IP Stack不支持PIC32MZ。 这里我列出移植需要注意的地方：

1. PIC32MZ默认enable cache.

2. PIC32MZ ethernet module ports mapping

3. PIC32MZ EC Starter Kit的external PHY的LEDs和Start Kit的LED1,LED2复用

4. PIC32MZ EC Starter Kit的ethernet module有些port复用AN功能。

5. ethernet bootloader download完application后，跳转到application前 ，注意要清零所有使用到的register，包括disable interrupt。

　　PhnLoader_v3.0和PhnBoot_v3.0之间采用UDP协议通信，通信数据包格式采用以下协定：

<STX><CMD><ADDRL><ADDRH><ADDRU><ADDRM><LEN><DATA>...<DATA><ETX>

STX - Start of packet indicator
ETX - End of packet indicator
LEN - The length of true data
DATA - General data 16 bytes, only first LEN of datas are true
CMD - Base command
ADDR - Address up to 32 bits ( ADDRL , ADDRH , ADDRH, ADDRM)

　　具体有以下Base command:

RD-VER: 0x00 -- Read Version Information （最终版本未实现）
RD_MEM： 0x01 -- Read Program Memory （最终版本未实现）
ER_MEM: 0x03 -- Erase Program Memory
WR_MEM： 0x02 -- Write Program Memory
WR_CFG： 0x04 -- Write Configuration Registers （最终版本未实现）

　　PhnLoader_v3.0

　　PhnLoader_v3.0 是PC端host 程序。

运行环境：Window + .NET Framework 4.5

开发语言：C#

通信类型：UDP Server

IP 地址： 192.168.1.105

端口号： 8720

UI 如下图：



　　C#源代码主要部分：

try
{
while (loaderReader.Peek() >= 0)
{
pBarLoading.PerformStep();
recordLine = loaderReader.ReadLine();

if (recordLine.Contains(EXTEND_TOKEN) == true)
{
if (recordLine.Contains(USER_ID_TOKEN) == true)
{
isNextLineUserID = true;
continue;
}
//else if (recordLine.Contains(CONFIG_BITS_TOKEN) == true)
//{
//    const int ADDR_U_START_INDEX = 9;
//    const int ADDR_U_LENGTH = 4;
//    string addrU = recordLine.Substring(ADDR_U_START_INDEX, ADDR_U_LENGTH);
//    loaderUpperAddr = Convert.ToInt32(addrU, 16) << 16;
//    isNextLineConfigBits = true;
//    continue;
//}
else if (recordLine.Contains(PIC32_CONFIG_BITS_TOKEN) == true)
{
const int ADDR_U_START_INDEX = 9;
const int ADDR_U_LENGTH = 4;
string addrU = recordLine.Substring(ADDR_U_START_INDEX, ADDR_U_LENGTH);
loaderUpperAddr = Convert.ToInt32(addrU, 16) << 16;
isNextLineConfigBits = true;
continue;
}
else
{
const int ADDR_U_START_INDEX = 9;
const int ADDR_U_LENGTH = 4;
string addrU = recordLine.Substring(ADDR_U_START_INDEX, ADDR_U_LENGTH);
loaderUpperAddr = Convert.ToInt32(addrU, 16) << 16;
continue;
}
}
else if (recordLine.Contains(END_OF_HEX_FILE_TOKEN) == true)
{
break;
}
if (isNextLineUserID)
{
isNextLineUserID = false;
// do nothing;
}
else if (isNextLineConfigBits)
{
//if (!DownloadConfigLine(recordLine))
//{
//    Debug.WriteLine("Error found during configuration bits programming");
//    loaderReader.Close();
//    loaderServer.Close();
//    btnDownload.Enabled = true;
//    return;
//}
DownloadConfigLine(recordLine);
isNextLineConfigBits = false;
}
else
{
if (!DownloadDataLine(recordLine))
{
Debug.WriteLine("Error found during data programming");
loaderReader.Close();
loaderServer.Close();
btnDownload.Enabled = true;
return;
}
}
}
}
catch (Exception ex)
{
Debug.WriteLine("Error: " + ex.Message);
textBoxStatus.ForeColor = Color.Red;
textBoxStatus.AppendText("Downloading failed\r\n");
textBoxStatus.ForeColor = Color.Black;
loaderServer.Close();
loaderReader.Close();
btnDownload.Enabled = true;
return;
}

　　PhnBoot_v3.0

　　PhnBoot_v3.0 是单片机端Boot 程序。

运行环境：PIC32MZ EC Starter Kit

开发语言：C 语言 （Microchip XC32编译）

通信类型：UDP Client

IP 地址： 192.168.1.123

端口号： 8740

　　主要代码段：

switch (GenUDPSt)
{
case SM_HOME:
ARPResolve(&ServerNode.IPAddr);
startTime = TickGet();
GenUDPSt++;
break;
case SM_ARP:
if (TickGet() - startTime < 5*TICK_SECOND)
{
if (ARPIsResolved(&ServerNode.IPAddr,&ServerNode.MACAddr))
{
MySock = UDPOpen(LOCAL_CLIENT_PORT,&ServerNode,REMOTE_SERVER_PORT);
startTime = TickGet();
GenUDPSt++;
}
}
else
{
GenUDPSt = SM_HOME;
}
break;
case SM_UDPOPEN:
if (TickGet() - startTime < TICK_SECOND)
{
if (MySock != INVALID_UDP_SOCKET)
{
startTime = TickGet();
GenUDPSt++;
}
}
else
{
GenUDPSt = SM_HOME;
}
break;
case SM_UDPPUT:
if (TickGet() - startTime < 5*TICK_SECOND)
{
if (UDPIsPutReady(MySock) > BUFFER_MAX)
{
UDPPutString(ok);
UDPFlush();
GenUDPSt++;
}
}
else
{
GenUDPSt = SM_CLOSE;
}
break;
case SM_UDPGET:
if (TickGet() - startTime < 5*TICK_SECOND)
{
udpPackets = UDPIsGetReady(MySock);
if (udpPackets >= BUFFER_MAX)
{
UDPGetArray(frameBuffer, BUFFER_MAX);
UDPDiscard();
if (frameBuffer[0] == STX && frameBuffer[BUFFER_MAX - 1] == ETX)
{
Uart_Putc('.');
for(i=0;i<BUFFER_MAX;i++)
{
printf("%02x",frameBuffer[i]);
}
printf("%02x",frameBuffer[CMD_INDEX]);
printf("\r\n");
switch (frameBuffer[CMD_INDEX])
{
case WR_MEM:
//printf("<");
SourceAddr.byte.LB = frameBuffer[ADDRL_INDEX];
SourceAddr.byte.HB = frameBuffer[ADDRH_INDEX];
SourceAddr.byte.UB = frameBuffer[ADDRU_INDEX];
SourceAddr.byte.MB = frameBuffer[ADDRM_INDEX];
int ix;
for (ix=0;ix<frameBuffer[LEN_INDEX];)
{
pData.byte.LB = frameBuffer[LEN_INDEX+1+ix++];
pData.byte.HB = frameBuffer[LEN_INDEX+1+ix++];
pData.byte.UB = frameBuffer[LEN_INDEX+1+ix++];
pData.byte.MB = frameBuffer[LEN_INDEX+1+ix++];
NVMWriteWord(SourceAddr.Val, pData.Val);
SourceAddr.Val += 4;
}
break;
case WR_CFG:
break;
case ER_MEM:
for (EraseAddr.Val = ERASE_FLASH_BASE_ADDRESS; EraseAddr.Val < ERASE_FLASH_END_ADDRESS;)
{
NVMErasePage(EraseAddr.Val);
EraseAddr.Val += PAGE_SIZE;
}
break;
case RUN_APP:
GenUDPSt = SM_CLOSE;
break;
default:
break;
}
startTime = TickGet();
if (GenUDPSt == SM_UDPGET) GenUDPSt = SM_RESPONCE;
}
}
}
else
{
GenUDPSt = SM_CLOSE;
}
break;
case SM_RESPONCE:
if (TickGet() - startTime < 10*TICK_SECOND)
{
if (UDPIsPutReady(MySock) >= BUFFER_MAX)
{
UDPPutArray(frameBuffer, BUFFER_MAX);
UDPFlush();
}
startTime = TickGet();
GenUDPSt = SM_UDPGET;
}
else
{
printf("xx");      // for debug
GenUDPSt = SM_CLOSE;
}
break;
case SM_CLOSE:
printf("done\r\n");        // for debug
UDPClose(MySock);
MySock = INVALID_UDP_SOCKET;
GenUDPSt = SM_HOME;
TRISCSET = 0x2000; // RC13 Input
LATCCLR = 0x6000;  // Clear LATC
LATHCLR = (1<<2);
TRISHSET = (1<<2);
INTDisableInterrupts();
T1CON = 0;
ETHCON1 = 0;
ETHCON2 = 0;
CoreT_DelayMs(1);
U1MODE = 0x0;
U1STA = 0x0;
(*((void(*)(void))USER_APP_RESET_ADDRESS))();
break;
}

　　如何使用PhnLoader_v3.0和PhnBoot_v3.0

1. 使用XC32编译PhnBoot_v3.0（编译前，需先修改linker script）。

　　2. 使用pickit3烧录PhnBoot_v3.0的Hex文件到目标板中。

　　3. 拔除pickit3烧录器

　　4. 连接目标板和PC到同一局域网，设置PC的IP地址，打开PhnLoader_v3.0，选择UDP协议，端口号，IP地址。

　　5. 点击PhnLoader_v3.0用户界面上的“.."按钮加载需要烧录的应用程序Hex文件（编译前，需先修改linker script）

　　6. 重启目标板，等到LED3 灯亮了，立刻在PhnLoader_v3.0界面上点击Download按钮。如果超时未点击Download按钮，会自动跳转到上次烧录的应用程序中去。

　　7. 烧录完毕，再次重启目标板, 数秒后目标板开始正常运行应用程序。

　　之后每次更新应用程序，只需重复步骤 4 ~ 7 就可以了。注意，整个烧录过程未能实现User ID/Configuration Bits的烧写，所以需要保持应用程序的Configuration Bits和Bootloader的Configuration Bits一致。