README.md · Kuzmmy/STC8-BOOTLOADER-TINY

# STC8-BOOTLOADER-TINY

## 介绍
STC系列单片机一直以“无需下载器、烧录器即可下载烧录”闻名。实现该功能的技巧就是芯片内部固化了一段BootLoader代码。这段代码会在单片机上电的时候运行，因此STC一直都靠“冷启动”来下载。

然而到STC8时代，“冷启动”下载的成功率变低了。这并不是出了什么BUG，而是单片机工作电压范围变宽了。STC以前的5V单片机，只要电压降到3V再恢复5V就能触发BootLoader。现在STC8的工作电压低至1.9V，哪怕是串口IO的倒灌电流都能维持单片机工作，导致其无法“冷启动”。

那为什么不自制一个BootLoader呢？这个项目将会助您实现自己写一个BootLoader的愿望，只要能理解原理就能轻易的应用在产品上！

### 优点
* 不限定通信协议；UART、IIC、SPI都可以，甚至可以自定义协议。
* BOOT独立；即使APP下载中断或者安装中断也不会损坏BOOT固件。
* APP独立；不需要对APP工程做任何设置，不用对APP的BIN文件做任何改动既可以直接下载。只要APP里没有擦除BOOT区的操作就行。
* 多种触发模式；既可以使用一个IO用作BOOT启动脚（经典应用），也可以在APP中通过通信握手判断后跳转到BOOT（自由度更大）。

### 缺点
* 多多少少会占用flash空间，导致可用flash空间减少。
* 开启BOOT引脚时，会占用一个IO。
* 未对传输进行加密，有被窃听的可能。

**但这终究是Tiny版，只实现了基本的BootLoader功能。在此基础上可以自由的添加所需的功能组件。**

### 参考环境

| KEIL版本  | V9.59.0.0  |
| :------------: | :------------: |
| C Compiler  | V9.59.0.0  |
| Assembler  | V8.2.7.0  |
| Linker  | V6.22.2.0  |
| Librarian  | V4.30.1.0  |
| Hex Converter  | V2.7.0.0  |
| CPU DLL  | V3.122.0.0  |
| Dialog DLL  | V2.66.0.0  |

### 示例硬件

STC8A8K64S4A12，占用P0.0作为BOOT脚。

### 消耗资源

| 优化等级  | 8级  |
| :------------: | :------------: |
| DATA区  | 28字节  |
| XDATA区 | 512字节  |
| FLASH区  | 1375字节  |

## 使用教程

### BOOT端准备工作
1. 打开STC-ISP工具，选择单片机的型号。*本例中用到的STC8A8K64S4A12*。
2. 串口选择实际连接的COM号，接下来点击“打开程序文件”，选择BootLoader工程生成的hex。
3. 实例代码中的定时器和波特率都是按照24MHz来设置的，建议选择24MHz。如果选择了其他的频率，需要修改代码。
4. **务必记得将eeprom空间设置到该型号最大值（*比如STC8A8K64S4A12最大值是64K*）。**然后点击下载再冷启动即可。
5. 下载成功之后，BOOT端就准备完成。当前的板子就已经支持iap下载了。
![使用STC-ISP下载BootLoader](https://gitee.com/ecbm/stc8-bootloader-tiny/raw/master/%E5%9B%BE%E7%89%87/stc-isp%E8%AE%BE%E7%BD%AE.gif "使用STC-ISP下载BootLoader")

### APP端准备工作
1. APP端不用做太多的设置，只是当前BootLoader只支持bin文件，所以得把keil生成的hex文件转换成bin文件。
2. 用stc-isp工具打开APP程序文件后，点击程序文件窗口右下角的“保存数据”，然后保存成bin格式就行。
![hex转bin](https://gitee.com/ecbm/stc8-bootloader-tiny/raw/master/%E5%9B%BE%E7%89%87/hex%E8%BD%ACbin.gif "hex转bin")

### 下载APP步骤
BootLoader运行的原理就是“接收数据->写到FLASH”。因此可以自己改造成SPI下载或者IIC下载的版本。目前本例用的是串口，因此需要用到串口助手。推荐使用SSCOM，因为它在发送数据会有个延时，BootLoader程序会在这个延时里将接收到数据写入到Flash中。
1. 打开SSCOM，点击“发送”->“发送文件延时设置”->“每次发送256字节延时50ms”。
2. 点击“打开文件”，选择要下载的bin文件。
3. 打开串口，波特率选择115200，如果需要其他波特率就需要改代码。
4. 将BOOT脚拉高（*在本例中，BOOT脚被定义为P0.0脚，且拉低运行APP、拉高运行BootLoader*）。重启单片机，串口上会发送“[BOOT]”说明已经成功进入BootLoader程序了。
5. 发送英文字符‘!’解锁，请留意输入法不要输入中文字符‘！’。虽然长得很像，但是从编码来说，英文字符占一个字节，中文字符占两个字节。
6. 解锁成功后，单片机会在串口上发送“[Erase]”，这表示程序正在擦除Flash，原来的APP在这一步会被擦除掉。不一会便会显示“[Start]”，此时只需点击SSCOM的“发送文件”就可以把bin文件下载到单片机中。
7. 接收之后，会在串口上返回接收的字节数用于对比。然后就会自动运行APP。之后只要BOOT脚拉低就可以一直运行APP了。
![APP下载](https://gitee.com/ecbm/stc8-bootloader-tiny/raw/master/%E5%9B%BE%E7%89%87/bin%E4%B8%8B%E8%BD%BD.gif)

### 异常情况
1. **收到“[Time Out]”**，这是因为BootLoader程序不能无限制的死等，所以单片机在发送“[Start]”之后会等待2秒，2秒内没有收到任何数据的话就进入超时状态。一般超时后会自动重启BootLoader程序，所以此时再发送一次‘!’就行。
2. **收到“[Lock]”**，为了防止一些乱码被误下载到单片机中，在进入BootLoader程序后，不会马上擦除Flash，而是接收到‘!’才开始擦除Flash。如果此时发送的是‘!’以外的字符，会认为是错误的通信，单片机进入锁定状态。进入锁定状态之后不可再接收数据，此时必须重启单片机才行。
3. **返回的接收字节数和发送的字节数不一样**，说明在接收256字节时，上位机（串口助手）没有给足够的时间让单片机保存数据，由于单片机在写入Flash的时候，CPU会停止响应中断，所以会漏掉数据。因此如果使用串口下载的话，推荐使用SSCOM，SSCOM有的发送文件延时功能能很好解决这个问题。
4. **收到“[Overflow]”**，说明接收的数据量已经超过了单片机的储存空间，单片机进入锁定状态。进入锁定状态之后不可再接收数据，此时必须重启单片机才行。

### 关于BOOT脚
#### 修改BOOT脚映射
在main.c的第9行。
```c
#define	BOOT_PIN	P00	//BOOT脚设置为P0.0脚。
```
修改宏定义BOOT_PIN即可将指定一个IO口设置成BOOT脚。
#### 修改BOOT脚逻辑
在main.c的第10行。
```c
#define	BOOT_RUN_APP	0	//BOOT脚为低电平的时候运行APP。
```
- 修改宏定义BOOT_RUN_APP为0，代表BOOT脚为低电平的时候运行APP。
- 修改宏定义BOOT_RUN_APP为1，代表BOOT脚为高电平的时候运行APP。
#### 取消BOOT脚检测
删除main.c的第8行到第10行。
```c
/*-----------------------------------------BOOT脚定义-----------------------------------------*/
#define	BOOT_PIN		P00	//BOOT脚设置为P0.0脚。
#define	BOOT_RUN_APP	0	//BOOT脚为低电平的时候运行APP。
```
修改main.c的第267行到272行的APP检测代码。
```c
/*------------------------------------------APP检测---------------------------------------*/	
jmp_app=(u32)read_boot_addr;				//默认把BootLoader的地址给APP地址。防止乱跳转。
if((read_app__flag&PD_APP__OK)==APP__OK){	//判断程序是否合法。
	jmp_app=(u32)read_app__addr;			//程序合法，则将APP跳转地址给跳转函数。
	if(BOOT_PIN==BOOT_RUN_APP){jmp_app();}	//BOOT脚是能跳转到APP的电平就跳转到APP。
}
```

### 如何修改FLASH容量
实例代码以64K Flash的芯片为主，如果是17K Flash的芯片那么需要修改以下几个地方。
#### 修改状态保存地址
BootLoader程序存放在芯片地址最后2K地址中，而BootLoader程序状态保存在这2K里的最后一个扇区中。由于一个扇区是512字节，所以对于64K的芯片来说，就是从地址0xFE00开始的。
```c
#define	BOOT_STATUS		0xFE00	//FE00		：BootLoader区状态
#define	BOOT_JMP_ADDR	0xFE01	//FE01~FE02	：BootLoader的跳转地址
#define	APP_START		0xFE03	//FE03		：APP区起始地址
#define	APP_MAX			5		//APP区占用空间为5字节
#define	APP_STATUS		0xFE03	//FE03		：APP区状态
#define	APP_SIZE		0xFE04	//FE04~FE05	：APP区大小
#define	APP_JMP_ADDR	0xFE06	//FE06~FE07	：APP地址
```
如果要修改，就修改main.c里的第15行到第22行。地址不一定要连续，但是要保证不会重合！
比如换成17K Flash的芯片，BOOT_STATUS可修改成0x4200。其他以此类推。
#### 修改APP扇区数量
Flash容量变化后，其APP占用的扇区数量肯定也会有变化。修改main.c第24行即可。
```c
#define	DATA_MAX	124		//APP区的最大值，单位为扇区数。一扇区为512字节。
```
比如当前是将地址的最后2K划给BootLoader程序使用，那么就是用掉4个扇区。64K的地址一共有128个扇区，于是DATA_MAX设置为124。
因此当**BootLoader程序变大**或者**换成17K Flash的芯片**时，可按实际情况减小DATA_MAX的值。
### 如何修改时钟
本程序默认跑在24MHz时钟频率下，如果考虑*低功耗*要降频或者考虑*高性能*要升频。那么需要注意以下几个和时钟有关的地方。
#### 修改内置RC时钟
在STC-ISP工具上修改实际所需的频率，然后重新下载BootLoader程序，当然下载前要保证BootLoader程序已经修改了定时器初值、波特率初值和eeprom等待时间。
#### 修改定时器初值
修改main.c里第71行到第74行，具体代码可以由STC-ISP工具生成。定时器需要设置为20ms中断一次。
```c
AUXR = 0x40;	//定时器1时钟为Fosc,即1T
TMOD = 0x00;	//设定定时器1为16位自动重装方式
TL0 = 0xC0;		//设置定时初值
TH0 = 0x63;		//20ms
```
#### 修改波特率
单纯的修改波特率和修改主时钟都会影响到波特率，所以都要注意。
修改main.c第75行和76行。
```c
TL1 = 0xCC;		//设定初值
TH1 = 0xFF;		//设定初值
```
#### STC8A和STC8F的EEPROM
这两个型号的eeprom擦写等待时间在寄存器IAP_CONTR中，需要修改main.c里第170行和第190行。
```c
IAP_CONTR = 0x81;//使能IAP
```
具体修改值可以参考STC8F和STC8A的数据手册。
#### STC8G和STC8H的EEPROM
这两个型号的eeprom擦写等待时间在寄存器IAP_TPS中，需要修改main.c里第257行。
```c
IAP_TPS=24;//STC8G和STC8H的设置，默认24MHz。
```
修改值为以MHz为单位的四舍五入取整值，比如时钟为11.0592MHz，四舍五入取整为11。

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