详解stm32在线IAP升级

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:

  /*采用汇编设置栈的值*/
  __asmvoidMSR_MSP(uint32_tulAddr)
  {
  MSRMSP,r0//设置MainStack的值
  BXr14
  }
  
  /*程序跳转函数*/
  typedefvoid(*Jump_Fun)(void);
  voidIAP_ExecuteApp(uint32_tApp_Addr)
  {
  Jump_FunJumpToApp;
  
  if(((*(__IOuint32_t*)App_Addr)&0x2FFE0000)==0x20000000)//检查栈顶地址是否合法.
  {
  JumpToApp=(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)
  MSR_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)
  JumpToApp();//跳转到APP.
  }
  }

• 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

  /**
  *@bieafYModem升级
  *
  *@paramnone
  *@returnnone
  */
  voidymodem_fun(void)
  {
  inti;
  if(Get_state()==TO_START)
  {
  send_command(CCC);
  HAL_Delay(1000);
  }
  if(Rx_Flag)//Receiveflag
  {
  Rx_Flag=0;//cleanflag
  
  /*拷贝*/
  temp_len=Rx_Len;
  for(i=0;i< temp_len; i++)
          {
              temp_buf[i] = Rx_Buf[i];
          }
  
          switch(temp_buf[0])
  {
  caseSOH:///<数据包开始
  {
  staticunsignedchardata_state=0;
  staticunsignedintapp2_size=0;
  if(Check_CRC(temp_buf,temp_len)==1)///< 通过CRC16校验
  {
  if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1]==0x00)&&(temp_buf[2]==(unsignedchar)(~temp_buf[1])))///< 开始
  {
  printf(">Receivestart...
  ");
  
  Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
  data_state=0x01;
  send_command(ACK);
  send_command(CCC);
  
  /*擦除App2*/
  Erase_page(Application_2_Addr,40);
  }
  elseif((Get_state()==TO_RECEIVE_END)&&(temp_buf[1]==0x00)&&(temp_buf[2]==(unsignedchar)(~temp_buf[1])))///< 结束
  {
  printf(">Receiveend...
  ");
  
  Set_Update_Down();
  Set_state(TO_START);
  send_command(ACK);
  HAL_NVIC_SystemReset();
  }
  elseif((Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)&&(temp_buf[1]==data_state)&&(temp_buf[2]==(unsignedchar)(~temp_buf[1])))///< 接收数据
  {
  printf(">Receivedatabag:%dbyte
  ",data_state*128);
  
  /*烧录程序*/
  WriteFlash((Application_2_Addr+(data_state-1)*128),(uint32_t*)(&temp_buf[3]),32);
  data_state++;
  
  send_command(ACK);
  }
  }
  else
  {
  printf(">Notpasscrc
  ");
  }
  
  }break;
  caseEOT://数据包开始
  {
  if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
  {
  printf(">ReceiveEOT1...
  ");
  
  Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);
  send_command(NACK);
  }
  elseif(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
  {
  printf(">ReceiveEOT2...
  ");
  
  Set_state(TO_RECEIVE_END);
  send_command(ACK);
  send_command(CCC);
  }
  else
  {
  printf(">ReceiveEOT,Buterror...
  ");
  }
  }break;
  }
  }
  }

• 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。

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审核编辑 ：李倩