?？煽菔蔂€，程序存儲的空間也會(huì )變

在這個(gè)薄情的世界上，沒(méi)有什么東西是不會(huì )變的。

曾經(jīng)的情比金堅，愛(ài)意綿綿，到如今一刀兩斷，愛(ài)情的小船翻了船，高調秀過(guò)的恩愛(ài)被無(wú)情地打臉。曾經(jīng)的義結金蘭，并肩向前，也架不住權力游戲對美好心靈的摧殘，昨日推杯換盞，今日一拍兩散，說(shuō)翻臉就翻臉，陰謀刺激堪稱(chēng)政變。

海也沒(méi)有枯，石也沒(méi)有爛，但是倔強的時(shí)間一往無(wú)前，將說(shuō)好的永遠打得凌亂。

謎一樣的人類(lèi)就是這么靠不住，所以有人說(shuō)：“人類(lèi)靠得住，母豬會(huì )上樹(shù)”！

相比之下，外在的物質(zhì)世界就穩當多了。

古巴比倫王頒布了漢謨拉比法典，刻在黑色的玄武巖，距今已經(jīng)三千七百多年。杰倫說(shuō)，“幾十個(gè)世紀后出土發(fā)現，泥板上的字跡依然清晰可見(jiàn)?！?/p>

萬(wàn)里長(cháng)城跨越一座座高山，迎來(lái)送往過(guò)一次次的刀鋒雪劍，至今仍在接待全球各地笑意冉冉的旅行團。金字塔歷經(jīng)五千年的歲月輪轉，走過(guò)王朝更替的狼煙，依然在如血的殘陽(yáng)中傲然矗立，默默無(wú)言。

但是，時(shí)代畢竟發(fā)展了。以前的時(shí)間很慢很慢，一封家書(shū)都要走上小半年，現在的時(shí)間變得很快很快，瞇一會(huì )兒就從塞北來(lái)到了江南。

所以，現如今，基本上所有的東西都打上了一個(gè)叫做“保質(zhì)期”的標簽。在電子產(chǎn)品那里，有一個(gè)更為專(zhuān)業(yè)一點(diǎn)的術(shù)語(yǔ)，叫做“產(chǎn)品生命周期”。

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電子產(chǎn)品的“生命周期”或者說(shuō)壽命可長(cháng)可短，作為一個(gè)物件，它當然有被自然規律支配的客觀(guān)一面，同時(shí)，作為人類(lèi)的一種工具，它還取決于人類(lèi)主人隨性隨機的主觀(guān)意愿。

就拿手機來(lái)說(shuō)吧，小青年們基本上一年一換，像我這種老朽也撐不過(guò)三年，從主觀(guān)層面上來(lái)說(shuō)，平均壽命不過(guò)兩年。但是，從客觀(guān)上來(lái)說(shuō)，電池不行了換電池，屏幕不好了換個(gè)屏，或者主觀(guān)思想停留在上個(gè)世紀，不怕卡頓，不嫌難看，手機的壽命興許可以到十年。

手機用上十年當然很恐怖，但是對于一般的嵌入式產(chǎn)品而言，十年卻是小菜一碟。試問(wèn)你那開(kāi)了十年、跑了二十萬(wàn)公里的愛(ài)車(chē)里，有多少電子控制部件沒(méi)有更換過(guò)？

說(shuō)起來(lái)，嵌入式產(chǎn)品是個(gè)耐用品，只要硬件不壞，軟件支持升級，用個(gè)十年八年實(shí)屬稀松平常。但是，天畢竟有不測風(fēng)云，有的時(shí)候，它就壞上那么一點(diǎn)點(diǎn)，就這么一點(diǎn)點(diǎn)，你就得跟它說(shuō)再見(jiàn)。

比如，程序存儲空間的二進(jìn)制數據暴走，發(fā)生突變。

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各位看官可能納了悶了，二進(jìn)制數據在程序存儲空間里呆得好好的，一直做著(zhù)安靜的美男子，竟也會(huì )發(fā)生突變的么？

一般情況下自然是不會(huì )的。但是，二般情況下呢？

就像向身體倍棒、看著(zhù)能活到兩百歲的你推銷(xiāo)保險的那些人，他們經(jīng)常帶著(zhù)對人生偶然性的深刻關(guān)切向你拋出直擊靈魂深處的一問(wèn)：你能保證永遠不生病嗎？

為了說(shuō)明二進(jìn)制程序的暴走，照例，先給大家簡(jiǎn)單地科下普。說(shuō)句題外話(huà)，對于很多看官來(lái)說(shuō)，灑家的科普都是“禿子頭上的虱子明擺著(zhù)的事”，但是為了擴大受眾，灑家還是要多言幾句。

“在很多嵌入式電子產(chǎn)品中，都是由微控制器里的Nor Flash存儲并運行系統程序，Nor Flash的特點(diǎn)是Excute In Place，即不必把程序代碼讀到系統RAM中，程序可以直接在Flash內運行。當然，如果有需要，你也可以把它讀到RAM中運行。微控制器及其片內的Nor Flash是基于CMOS工藝的集成電路芯片，隨著(zhù)工作頻率越來(lái)越快、集成度越來(lái)越高、工藝尺寸越來(lái)越小，微控制器及其內部Flash越來(lái)越容易受到輻射效應的影響。輻射效應可能造成Nor Flash數據的破壞，從而使得基于程序指令運行的嵌入式系統的應用邏輯發(fā)生混亂，帶來(lái)不可意料的問(wèn)題?！?/em>

毋庸多言，程序數據的一致性對產(chǎn)品整個(gè)生命周期內的功能穩定性和數據安全性尤為重要，而電子產(chǎn)品的壽命一般都在10年以上，那是夜也長(cháng)夢(mèng)也多，做為產(chǎn)品設計人員，不能沒(méi)心沒(méi)肺地對程序數據可能的破壞視而不見(jiàn)。

所以，得設計一種方法，檢驗電子產(chǎn)品程序Flash數據的一致性。

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可是，程序數據那么多，不同產(chǎn)品的程序規模又不一致，怎么設計一個(gè)盡量通用的方法，驗證程序空間數據的一致性呢？

要回答這個(gè)問(wèn)題，先要搞明白程序數據長(cháng)什么樣子。

大家都知道，現在的IDE把應用程序編譯、鏈接后會(huì )生成幾種格式的程序數據文件，有elf格式、bin格式、s19格式。每種格式都有自己的歷史淵源和用武之地，灑家分享的方法里用到的是S19文件格式。

說(shuō)到S19，那是孩子沒(méi)娘說(shuō)來(lái)話(huà)長(cháng)，但是咱們長(cháng)話(huà)短說(shuō)。

“S19的全稱(chēng)為Motorola format for EEPROM programming，是摩托羅拉公司為程序和數據文件定義的一種可打印的ASCII形式編碼的s格式文件，以實(shí)現在不同的計算機平臺之間傳輸程序代碼和數據。

S19文件中的每一行數據為一條SRecord，以S0型SRecord開(kāi)始，以S9型SRecord結束，以S2型SRecord存放Flash寫(xiě)入地址、程序數據、程序數據長(cháng)度信息?！?/p>

聰明的小伙伴是不是發(fā)現了什么?

對滴，程序數據就在S19文件里的S2型SRecord里面，我們可以用一個(gè)PC端的軟件很容易地把程序數據的地址、內容、長(cháng)度解析出來(lái)。篇幅有限，解析方法就不再贅述，小伙伴們可以自行腦補。

解析出來(lái)以后呢？當然是做某種運算，用這個(gè)運算結果來(lái)“標識”程序數據了。

這個(gè)套路是不是很熟悉？想想編程的本質(zhì)是什么？就是數據+運算呀！

運算是一種模式pattern，你盡可以自由選擇，可以對數據累加求和，或者求異或同或，也可以進(jìn)行加密運算，當然，也可以選擇用得非常之廣的CRC32運算。

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妥了，程序數據解析出來(lái)了，標識這個(gè)程序完整性的CRC32結果也出來(lái)了，這些信息提取工作都是在PC端進(jìn)行的，電子產(chǎn)品的MCU端怎么辦？

這就要借助一個(gè)叫做bootloader的東西了。

Bootloader在linux中用得非常普遍，它做好板級初始化后把flash數據導到RAM里，然后加載操作系統。但是在這里的bootloader不是這種概念。

這里的bootloader是獨立于應用程序的一段代碼，它用來(lái)接收應用程序數據，把程序數據寫(xiě)入到相應地址的flash地址處，然后把程序完整性標識-CRC32結果存儲下來(lái)，標記應用程序的有效性。

有了bootloader之后，你就可以從PC端下載應用程序了，這里指的是第一臺產(chǎn)品。換句話(huà)說(shuō)，第一臺產(chǎn)品是不能用燒寫(xiě)器來(lái)下載的，要通過(guò)專(zhuān)屬的協(xié)議來(lái)下載，后面的產(chǎn)品可以完全復制第一臺產(chǎn)品里的程序數據用燒寫(xiě)器下載。

什么樣的專(zhuān)屬協(xié)議呢？這就要看你的產(chǎn)品上有什么接口了。RS232-RS485-CAN都行，總之，在下載應用程序Flash數據的過(guò)程中，上位機解析S19文件，把一條條SRecord發(fā)給下位機，bootloader解析出來(lái)地址和數據，調用flash driver把程序數據存到程序地址空間中，說(shuō)句題外話(huà)，S19文件實(shí)際包括好幾段，每個(gè)段都有多條SRecord，bootloader要把分段信息提取出來(lái)并存儲。

解析并存儲的過(guò)程中，bootloader同時(shí)對程序數據做著(zhù)CRC32運算，下載完程序后，上位機把CRC32結果發(fā)下來(lái)，兩相對照，兩者一致則表明應用程序燒錄正確，然后在MCU內部數據Flash中存儲校驗信息，并將應用程序有效標志置為0x55，存入數據Flash中。

程序存好了，完整性標識-CRC32運算結果也存好了，應用程序標志為有效了，接下來(lái)，就萬(wàn)事俱備只欠東風(fēng)了-MCU上電后要做程序一致性驗證了！

在產(chǎn)品運行階段，上電后，MCU首先跳入Bootloader的地址空間運行，檢查應用程序有效標志，如果讀取到的有效標志為0x55，MCU跳入應用程序的地址空間運行。

在應用程序的初始化階段，讀取存儲在數據Flash中的校驗信息，根據校驗信息中的分段尺寸，讀取各個(gè)分段中的Flash數據，進(jìn)行CRC32校驗，并將計算結果和校驗信息中的CRC32校驗值進(jìn)行比對，如果數據一致，表明程序Flash數據沒(méi)有損壞，系統正常運行，如果不一致，表明程序Flash數據被損壞，進(jìn)入跛行模式。

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掰扯了半天，里面的知識點(diǎn)不少，不知道各位看官有沒(méi)有完全理解。怎奈篇幅有限，不能鋪展太過(guò)。灑家的本意當然是：“緊緊地握住您的手，熱情的話(huà)兒說(shuō)不完?！?/p>

當然，說(shuō)一千道一萬(wàn)，灑家只是想提醒諸位：?？煽菔蔂€，程序存儲的空間也會(huì )變！