关于在线升级IAP的基础知识

简介

本文主要讲解在线升级IAP的基础知识, 主要是针对IAP从原理分析,分区划分, 到代码编写和实验验证等过程阐述这一过程. 帮助大家加深对在线升级的认识.

1. 在线升级知识

什么是BootLoader?

BootLoader可以理解成是引导程序, 它的作用是启动正式的App应用程序. 换言之,BootLoader是一个程序, App也是一个程序, BootLoader程序是用于启动App程序的.

STM32中的程序在哪儿?

正常情况下, 我们写的程序都是放在STM32片内Flash中(暂不考虑外扩Flash). 我们写的代码最终会变成二进制文件, 放进Flash中 感兴趣的话可以在Keil>>>Debug>>>Memory中查看, 右边Memory窗口存储的就是代码

接下来就可以进入正题了.

进行分区

既然我们写的程序都会变成二进制文件存放到Flash中, 那么我们就可以进一步对我们程序进行分区. 我使用的是F103RB-NUCLEO开发板,他的Flash一共128页, 每页1K.见下图:

以它为例, 我将它分为三个区.BootLoader区、App1区、App2区(备份区)具体划分如下图:

• BootLoader区存放启动代码

• App1区存放应用代码

• App2区存放暂存的升级代码

总体流程图

• 先执行BootLoader程序, 先去检查APP2区有没有程序, 如果有就将App2区(备份区)的程序拷贝到App1区, 然后再跳转去执行App1的程序.

• 然后执行App1程序, 因为BootLoader和App1这两个程序的向量表不一样, 所以跳转到App1之后第一步是先去更改程序的向量表. 然后再去执行其他的应用程序.

• 在应用程序里面会加入程序升级的部分, 这部分主要工作是拿到升级程序, 然后将他们放到App2区(备份区), 以便下次启动的时候通过BootLoader更新App1的程序. 流程图如下图所示:

2. BootLoader的编写

本节主要讲解在线升级(OTA)的BooLoader的编写，我将以我例程的BootLoader为例, 讲解BootLoader(文末会提供免费的代码下载链接)，其他的大体上原理都差不多。

流程图分析

以我例程的BootLoader为例：

我将App2区的最后一个字节(0x0801FFFC)用来表示App2区是否有升级程序, STM32在擦除之后Flash的数据存放的都是0xFFFFFFFF, 如果有, 我们将这个地址存放0xAAAAAAAA. 具体的流程图见下图所示

程序编写和分析

所需STM32的资源有:

• 发送USART数据和printf重定向

• Flash的读写

• 程序跳转指令,可以参考如下代码:

1/*采用汇编设置栈的值*/ 2__asmvoidMSR_MSP(uint32_tulAddr) 3{ 4MSRMSP,r0//设置MainStack的值 5BXr14 6} 7 8 9/*程序跳转函数*/ 10typedefvoid(*Jump_Fun)(void); 11voidIAP_ExecuteApp(uint32_tApp_Addr) 12{ 13Jump_FunJumpToApp; 14 15if(((*(__IOuint32_t*)App_Addr)&0x2FFE0000)==0x20000000)//检查栈顶地址是否合法. 16{ 17JumpToApp=(Jump_Fun)*(__IOuint32_t*)(App_Addr+4);//用户代码区第二个字为程序开始地址(复位地址) 18MSR_MSP(*(__IOuint32_t*)App_Addr);//初始化APP堆栈指针(用户代码区的第一个字用于存放栈顶地址) 19JumpToApp();//跳转到APP. 20} 21}

• 在需要跳转的地方执行这个函数就可以了IAP_ExecuteApp(Application_1_Addr);

• 其他的代码请参考BootLoader源代码

3. APP的编写

本节主要讲解在线升级(OTA)的App1的编写以及整个流程的说明，我将以我例程的App为例, 采用Ymodem协议进行串口传输,讲解App的编写(后面会提供免费的代码下载链接), 其他的协议原理大体上都差不多, 都是通过某种协议拿到升级的代码。

流程图分析

以我例程的App1为例：

• 先修改向量表, 因为本程序是由BootLoader跳转过来的, 不修改向量表后面会出现问题；

• 打印版本信息, 方便查看不同的App版本；

• 本例程的升级程序采用串口的Ymoderm协议进行传输bin文件. 具体的流程图见下图所示：

程序编写和分析

所需STM32的资源有:

• 发送USART数据和printf重定向

• Flash的读写

• 串口的DMA收发

• YModem协议相关

Ymodem协议

• 百度百科[Ymodem协议]

• 具体流程可自行查找相关文档, 这儿提供一个我找到的 XYmodem.pdf(文末和源码一起提供).

• Ymodem协议相关介绍可参考我的这篇教程 YModem介绍

(https://blog.csdn.net/weixin_41294615/article/details/104652105).

代码分析

• 代码大多数都是通过串口实现Ymodem协议的接收, 这儿就不详细说明
• 后面放了我的源代码, 详情请参考我的源代码.
• 主函数添加修改向量表的指令

• 打印版本信息以及跳转指令

• YModem相关的文件接收部分

1/** 2*@bieafYModem升级 3* 4*@paramnone 5*@returnnone 6*/ 7voidymodem_fun(void) 8{ 9inti; 10if(Get_state()==TO_START) 11{ 12send_command(CCC); 13HAL_Delay(1000); 14} 15if(Rx_Flag)//Receiveflag 16{ 17Rx_Flag=0;//cleanflag 18 19/*拷贝*/ 20temp_len=Rx_Len; 21for(i=0;i< temp_len; i++) 22{ 23temp_buf[i]=Rx_Buf[i]; 24} 25 26switch(temp_buf[0]) 27{ 28caseSOH:///<数据包开始 29{ 30staticunsignedchardata_state=0; 31staticunsignedintapp2_size=0; 32if(Check_CRC(temp_buf,temp_len)==1)///< 通过CRC16校验 33{ 34if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1]==0x00)&&(temp_buf[2]==(unsignedchar)(~temp_buf[1])))///< 开始 35{ 36printf(">Receivestart... "); 37 38Set_state(TO_RECEIVE_DATA); 39data_state=0x01; 40send_command(ACK); 41send_command(CCC); 42 43/*擦除App2*/ 44Erase_page(Application_2_Addr,40); 45} 46elseif((Get_state()==TO_RECEIVE_END)&&(temp_buf[1]==0x00)&&(temp_buf[2]==(unsignedchar)(~temp_buf[1])))///< 结束 47{ 48printf(">Receiveend... "); 49 50Set_Update_Down(); 51Set_state(TO_START); 52send_command(ACK); 53HAL_NVIC_SystemReset(); 54} 55elseif((Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)&&(temp_buf[1]==data_state)&&(temp_buf[2]==(unsignedchar)(~temp_buf[1])))///< 接收数据 56{ 57printf(">Receivedatabag:%dbyte ",data_state*128); 58 59/*烧录程序*/ 60WriteFlash((Application_2_Addr+(data_state-1)*128),(uint32_t*)(&temp_buf[3]),32); 61data_state++; 62 63send_command(ACK); 64} 65} 66else 67{ 68printf(">Notpasscrc "); 69} 70 71}break; 72caseEOT://数据包开始 73{ 74if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA) 75{ 76printf(">ReceiveEOT1... "); 77 78Set_state(TO_RECEIVE_EOT2); 79send_command(NACK); 80} 81elseif(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2) 82{ 83printf(">ReceiveEOT2... "); 84 85Set_state(TO_RECEIVE_END); 86send_command(ACK); 87send_command(CCC); 88} 89else 90{ 91printf(">ReceiveEOT,Buterror... "); 92} 93}break; 94} 95} 96}

• 其中部分函数未在以上代码中展现, 详情请参看文末给出的源码链接.

4. 整体测试

本节主要对前三节的教程做测试验证BootLoader+App的升级功能。

源代码

BootLoader源代码和App1源代码可以在原作者的gitee获取：https://gitee.com/leafguo/leaf_notes/STM32CubeMX/STM32CubeMx_OTA

代码的下载

• 由下图可知两份代码的下载区域是不一样的，所以他们「下载的区域也不一样」。

BootLoader的下载

• BootLoader的代码默认是最开始的所以不需要特别设置代码的下载位置
• 按照下图, 修改擦除方式为Erase Sectors, 大小限制在0X5000(20K)

• 烧录代码
• 运行, 通过串口1打印输出, 会看到以下打印消息
• 说明BootLoader已经成功运行

App1的下载

• App1稍微复杂一点, 需要将代码的起始位置设置为0x08005000
• 同时也要修改擦除方式为Erase Sectors, 见下图

• 烧录代码
• 运行, 通过串口1打印输出, 会看到以下打印消息
• 说明BootLoader已经成功跳转到版本号为0.0.1的App1

生成App2的.bin文件

• Keil如何生成.bin文件, 请参考这篇博文 Keil如何生成.bin文件

https://blog.csdn.net/weixin_41294615/article/details/104656577

• 修改代码, 把版本号改为0.0.2, 并且编译并且生成.bin文件
• 生成好之后你会得到一个.bin结尾的文件, 这就是我们待会儿YModem要传输的文件

使用Xshell进行文件传输

• 打开Xshell
• 代码中, 串口1进行调试信息的打印, 串口2进行YModem升级的
• 所以使用Xshell打开串口2进行文件传输, 串口1则可以通过串口调试助手查看调试消息
• 你会看到App的版本成功升级到0.0.2了.
• 如果你到了这一步.
• 那么恭喜你! 你已经能够使用在线升级了!

5. 总结

通过本几节的教程, 想必你已经会使用在线升级了, 只要原理知道了其他的问题都可以迎刃而解了, 除了使用YModem协议传输.bin文件, 你还可以通过蓝牙, WIFI,等其他协议传输, 只要能够将.bin文件传输过去, 那其他的部分原理都差不多。

原文标题：详解STM32在线IAP升级

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审核编辑：汤梓红