Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC
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O documento discute teoria e implementação de bootloaders para microcontroladores PIC, incluindo: 1) Razões para usar bootloaders como atualização de firmware via USB; 2) Concepção básica de bootloaders com partições de memória flash; 3) Implementação prática abordando mapeamento de memória, registradores de configuração e ferramentas de compilação.
Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC
- 1. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 1 Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Eng. Daniel Rodrigues de Sousa Universidade Cruzeiro do Sul - UNICSUL
- 2. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 2 Sobre o palestrante… Daniel Rodrigues de Sousa Engenheiro eletricista formado pela Universidade Cruzeiro do Sul - 2001 Autor dos livros Microcontroladores ARM7 – O poder dos 32 bits, Desbravando o PIC24 – Conheça os Microcontroladores de 16 bits, Desbravando o PIC18 – Recursos Avançados, Desbravando o Desbravando o PIC18 – Ensino Didático, todos pela Editora Érica
- 3. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 3 Agenda Básico sobre Bootloader Desenvolvimento de Bootloader Mapeamento da aplicação Soluções Microchip Exemplos
- 4. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 4 Microcontrolador PIC
- 5. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 5 Por quê bootloader?
- 6. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 6 Programando sem bootloader Necessário treinamento de pessoal Programadores caros Softwares adicionais
- 7. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 7 Programando com bootloader Upgrade de firmware - DIY Sem hardware adicional Aplicação host (PC) simplificada Evita caros recalls USB/UART/ Ethernet
- 8. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 8 Exemplos reais Atualização de firmware em: MP3 Players Telefone celular Setup boxes Satélites (aplicações espaciais) No PC, instalação do sistema operacional usando uma pendrive ou CD ROM “bootável”
- 9. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 9 Concepção
- 10. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 10 Concepção Aplicação Memória de programa (Memória Flash) Bootloader Reset Partição Aplicação rodando
- 11. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 11 Concepção Memória de programa (Memória Flash) Bootloader Reset Erase
- 12. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 12 Concepção Nova aplicação Memória de programa (Memória Flash) Bootloader Reset Programação
- 13. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 13 Fluxograma Reset Modo de atualização de FW Roda aplicação Ini. Clocks/Periféricos Trigger presente? sim Aplicação válid.? não Entra em loop e executa comandos do PC Reset Comando
- 14. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 14 Comandos do Bootloader
- 15. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 15 Comandos do bootloader Comando de atualização de Firmware Erase Flash Program Flash Verify Flash
- 16. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 16 Sequência de comandos PC Erase (Start Address, End Address) Program (Hex Record) Erases Flash Programs Hex Record Ack Ack Verify (Start Address, End Address) Calculates CRC CRC Calculates CRC Compare CRCs Verificação OK se ambos CRC forem iguais PIC Bootloader
- 17. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 17 Projetando Bootloader
- 18. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 18 Desenvolvimento em Embedded Host Alternativa: Usar um PC no lugar de um microcontrolador Custo alto e um exagero para sistemas embarcados Solução: implementar um Embedded Host
- 19. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 19 Embedded Host Embedded Host conectas com um número fixo de periféricos USB – Drivers USB fixos no firmware Ventagens: Pequeno, firmware embarcado pouco complexo Exemplo: Datalogger remoto de temperatura Download dos dados em uma pendrive Sem conexão com o PC, mas você pode ler os dados gravados na pendrive
- 20. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 20 Periférico USB Device Responde ao Host, não inicializa uma comunicação Requer drivers para ser reconhecido pelo Host Hardware/Firmware para responder ao Host
- 21. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 21 O que devo saber? Arquitetura de memória Particionando a Flash Lidar com interrupções Lidar com configurações de devices (registradores) Registradores de controle da Flash Básico sobre Linker Script Edição de Linker Script
- 22. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 22 Arquitetura de memória do PIC18
- 23. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 23 Memória RAM (Mem. de dados) Access RAM PIC18Fxxxx Register File Map 000h 07Fh 256 Bytes Bank 0 GPR Bank 1 GPR Bank 2 GPR Bank 13 GPR Bank 14 GPR Bank 15 GPR Access SFR Access RAM Access SFR 080h 0FFh 100h 1FFh 200h 2FFh D00h DFFh E00h EFFh F00h FFFh F7Fh F80h 00h 7Fh 80h FFh Access Bank Memória de dados até 4 Kbytes Dividido em bancos de 256 bytes Metade do banco 0 e metade do banco 15 forma um banco virtual para acesso rápido de registradores
- 24. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 24 Memória de Flash (Mem. de programa) On-chip Program Memory Reset Vector High Priority Interrupt Vector Low Priority Interrupt Vector 000000h 000008h 000018h 1FFFFEh Unimplemented Program Memory (Read as ‘0’) 008000h 007FFEh 21-bit Program Counter 31 Level Stack Stack Level 1 Stack Level 2 Stack Level 30 Stack Level 31 Memória contínua, contador deprograma capaz de gerenciar até 2Mbytes
- 25. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 25 Arquitetura de memória do dsPIC e PIC24
- 26. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 26 Máximo 12 MB 4M x 24-bit 23-bit PC (PCH & PCL) PC incrementa em words (LSB sempre ‘0’) Reset Vector no end 0 Duas tabelas de interrupções Espaço de código de usuário de 200h to 7FFFFEh 000000h 7FFFFEh FFFFFEh PC<22:1>0 0 023 ConfigSpaceUserSpace Unimplemented Device ID Config Registers On-Chip User Flash Memory Alternate Vector Table Flash Config Words Reset Vector Interrupt Vector Table 000004h 000104h 000200h Memória de Flash (Mem. de programa)
- 27. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 27 Near Data Memory 8 KB Unimplemented Optionally Mapped into Program Memory Using PSV 0x8001 0xFFFF 0x8000 0xFFFE SRAM Space X Data Ram 0x0801 0x0800 Y Data Ram 0x1FFE SFR Space 0x0001 0x0000 0x07FF 0x07FE 2 KB SFR Space MS Byte Address LS Byte Address 16-bits MSB LSB Dual Port RAMUp to 2 KB Dual-Port DMA RAM Memória RAM (Mem. de dados)
- 28. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 28 Arquitetura de memória do PIC32
- 29. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 29 Arquitetura de memória do PIC32 Mapa de mem. física Dev Config Reg Boot Flash Reserved SFRs Reserved Program Flash Reserved RAM 0x1FC02FFF 0x00000000 Mapa de mem. virtual Dev Config Reg Boot Flash Reserved SFRs Reserved Program Flash Reserved RAM 0xBFC02FFF 0xA0000000 KSEG1 Dev Config Reg Boot Flash Reserved Program Flash Reserved RAM 0x9FC02FFF 0x80000000 KSEG0
- 30. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 30 Boot Flash Aplicação Flash Bootloader Aplicação Opção 1 Particionando a Flash
- 31. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 31 Particionando a Flash Boot Flash Aplicação Flash Opção 2 Bootloader Part-1 Bootloader Part-2 Aplicação
- 32. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 32 Manipulando os registradores de configuração Boot Flash Aplicação Flash 101000010 001010111 110111010011101 110101010101110 101110111101110 110111010101001 110101010101010 101010101010111 001010100011111 111110011111101 Device Configuration Register Settings Bootloader.hex 101000010 001010111 110111010011101 110101010101110 101110111101110 110111010101001 110101010101010 101010101010111 001010100011111 111110011111101 Device Configuration Register Settings Application.hex
- 33. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 33 Boot Flash Aplicação Flash 101000010 001010111 110111010011101 110101010101110 101110111101110 110111010101001 110101010101010 101010101010111 001010100011111 111110011111101 Device Configuration Register Settings Bootloader.hex 101000010 001010111 110111010011101 110101010101110 101110111101110 110111010101001 110101010101010 101010101010111 001010100011111 111110011111101 Device Configuration Register Settings Application.hex No Over- writing Manipulando os registradores de configuração
- 34. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 34 Dicas de desenvolvimento: Implementar um “check” no bootloader para evitar sobre escrita ou apagamento dos registradores de configuração Aplicação “reusa” configurações setadas no bootloader Manipulando os registradores de configuração
- 35. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 35 Mapepando Aplicação/Bootloader
- 36. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 36 Por quê falar do Linker? Aplicação Memória de programa Flash Bootloader Reset Partição
- 37. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 37 Fluxograma de compilação User Input
- 38. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 38 Juntando os arquivos .hex 1101000010 0010101111 110111010111011 110101010101110 101110111101110 110111010101001 110101010101010 101010101010111 001010100011111 111110011111101 Bootloader.hex Application.hex 1101000010 0010101111 110111010111011 110101010101110 101110111101110 110111010101001 110101010101010 101010101010111 001010100011111 111110011111101
- 39. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 39 Merge da imagem da Aplicação e Bootloader para programação em produção Remove as seções sobrepostas Juntando os arquivos .hex Existe alguma ferramenta?
- 40. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 40 Recursos Ferramenta de linha de comando do compilador HI-TECH C® Junta 2 arquivos .hex para produzir um único arquivo .hex Remove todas as seções sobrepostas automaticamente HexMate – Merge de .hex
- 41. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 41 Uso A opção “+” retira seções sobrepostas do bootloader HexMate – Merge de .hex
- 42. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 42 PIC16F1/PIC18F Small, Low Power, Low Cost Up to 16 MIPS 14- to 80-Pin Packages Up to 128KB Flash Up to 4KB RAM USB 2.0 Device Support Migration Performance 100+ USB PIC MCUs The industry’s strongest scalable product, family, and software migration path Microcontrolador PIC USB Portfolio PIC24F/PIC24E/dsPIC33E Low Power, GPU, DSP Engine Up to 70 MIPS 28- to 144-Pin Packages Up to 512 KB Flash Up to 96KB RAM USB 2.0 Device, Embedded Host, OTG PIC32 High Performance, Pin Compatible to PIC24F 80 MHz, 1.53 DMIPS/MHz Up to 80 MIPS 28- to 100-Pin Packages Up to 512 KB Flash Up to 128 KB RAM USB 2.0 Device, Embedded Host, OTG 32-bit 8-bit 16-bit
- 43. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 43 Ôba, código… :D
- 44. Bootloader: Teoria de operação e implementação via USB para PIC Slide 44 Obrigado! http://www.portalmcu.com.br @PortalMCU https://www.facebook.com/portalmcu daniel_rsousa@hotmail.com