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基于STM32在线IAP升级经验分享

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攻城狮Melo 发布时间:2023-9-21 16:29
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# s% H+ t6 ~/ f# \6 P

- D, n; n3 j& u" X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.
5 c* K* G6 S8 @6 b% s
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
) z, G4 U* a' N* l# j
微信图片_20230921162906.png
! D* d% s5 N. I, C4 ?6 C
接下来就可以进入正题了.

: E: `! Y  u* h+ c( r, y5 I
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:

& Q" i0 t2 X" l) T
微信图片_20230921162902.png

7 g$ \  D' Y  i0 e6 j: W
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
    % T8 ^$ X: _8 m. o6 J
微信图片_20230921162827.png
  n' A' `9 M$ n6 {# ^/ o
8 `; K* C; c5 G% k8 \' u
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:

    8 x: T5 ]% U' s! S/ A' T
微信图片_20230921162845.png

4 c; X& B! r+ \' \  }" a0 C! _/ o; ~4 \7 v: C
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。
: k" ^+ B, X( f5 t$ d7 |
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

; j+ C$ s6 e! T/ h) N% Q
微信图片_20230921162842.png
6 s7 }- ~2 J4 G6 F1 U& \2 b& @. `
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:
    . z" g1 ?5 o% p9 ]  |0 N5 M( n
  1. 1/* 采用汇编设置栈的值 */
    & ^9 k( `0 L0 q& W8 Q
  2. 2__asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)1 t7 a- N2 {( ~3 [
  3. 3{$ B" e( e0 B, v: N1 _
  4. 4    MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值$ B! f5 O( D% A) X' A4 J
  5. 5    BX r14! V9 u4 E' v5 g' u  l- o$ ?1 \
  6. 6}
    ! S4 [3 l2 \1 E9 R4 t
  7. 7/ W7 A: o6 E7 _" Z
  8. 80 ^; `% N. O' m$ h% m
  9. 9/* 程序跳转函数 */
    % N3 h7 i! h' H/ ?8 R
  10. 10typedef void (*Jump_Fun)(void);
    ( H. X4 j/ F4 M" `6 i! Q! ~
  11. 11void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
    1 h3 s* H* f- ]! [% K
  12. 12{' ?+ M6 v1 O9 I( q2 F
  13. 13  Jump_Fun JumpToApp;) z  P) P$ w7 @3 r' \
  14. 145 K& a+ i" _* [( \. U
  15. 15  if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 )  //检查栈顶地址是否合法.0 B( t9 q  D: Y1 f: S
  16. 16  {% Y) `  i5 q" J
  17. 17    JumpToApp = (Jump_Fun) * ( __IO uint32_t *)(App_Addr + 4);  //用户代码区第二个字为程序开始地址(复位地址)
    # i+ Z( }: L4 ~5 E9 p/ J6 j6 {- K
  18. 18    MSR_MSP( * ( __IO uint32_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)4 p' Z$ D& X: I% c. P
  19. 19    JumpToApp();                                                //跳转到APP.# V# U1 D! H2 r* @6 D
  20. 20  }" k* `- i& S, J# L( y
  21. 21}
复制代码
! @0 D& z5 w( {/ k: T' ^
. P( N6 T7 s' b2 d* i
  • 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

    + O4 b1 {3 i# W; l4 ?$ [0 A
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。
9 w6 x* \$ b* i2 M5 H
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:

    & U# G" J  R# S8 V+ B7 @' X
微信图片_20230921162839.png
5 @3 n/ L3 k* \2 y, U; I
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
    * N# G( K1 B( Z2 f# [5 m
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
    9 \+ c4 r: o! ^7 Y
7 d. k0 S6 q, C* d4 V  p* J
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
    / D( X( w# v: }5 p" H: U9 G

" n% ]7 M0 I% G3 j- W
微信图片_20230921162836.png

& D  W3 ~2 n+ x) N9 \
  • 打印版本信息以及跳转指令: `4 T2 m! \5 L( {
  ^% a6 O0 n5 P
微信图片_20230921162831.png

7 Y& C0 w2 R2 N/ K  w4 U
  • YModem相关的文件接收部分2 H5 ]3 I, \% h$ z/ \3 U1 ~5 Z6 E
  1. 1/**) c1 c' _% u: s" R% B4 {
  2. 2 * @bieaf YModem升级
    / ^2 ]6 S* y/ r8 Z/ x: s. ]
  3. 3 *
    1 M8 S  @. G4 v5 R# |: [
  4. 4 * @param none
    6 [. M5 o3 e: V6 @! }0 [2 P; z) Y4 V, D1 @
  5. 5 * @return none. s" s5 K: N9 `& _- p. p) H
  6. 6 */
    6 l# B, R! z3 a; b" H
  7. 7void ymodem_fun(void)
    + U+ U- u. G5 y8 j
  8. 8{; N, z: d, f+ g
  9. 9    int i;
    ' E3 s0 b+ R8 G+ ]0 T
  10. 10    if(Get_state()==TO_START)+ w: U. L/ H/ [! I' o. K- X
  11. 11    {' k' b' ]6 q  R( E/ f$ }! T& D4 q- H
  12. 12        send_command(CCC);4 U2 {! k- i$ V8 Q, |4 ^
  13. 13        HAL_Delay(1000);: }+ O2 t# z! R0 J9 u4 l
  14. 14    }4 w) Z: K" t+ X( W- D
  15. 15    if(Rx_Flag)     // Receive flag1 P9 d- f# R3 X! z" T* v
  16. 16    {
    . v) y8 {( R# I6 B' X
  17. 17        Rx_Flag=0;  // clean flag1 W/ o3 P  c8 r. n
  18. 18
    9 p  t  x$ f) i9 ?( G; M
  19. 19        /* 拷贝 */. P. O$ L3 r2 S" |- @, }
  20. 20        temp_len = Rx_Len;  \4 V$ z7 t* N$ k+ h) q# A
  21. 21        for(i = 0; i < temp_len; i++)8 {' R) [8 V( C: z  w
  22. 22        {  _% q2 E6 Q' K7 I; Q  K& D* g% ~6 I! o& k2 A
  23. 23            temp_buf[i] = Rx_Buf[i];
    9 g) N5 i, n8 @/ e, q% |# E
  24. 24        }, X0 ?/ k" K  E* k' @4 V
  25. 25
    : z* s+ H# z* Z" [4 a
  26. 26        switch(temp_buf[0])
    2 O& v* M! Z  O# \1 h  q! h
  27. 27        {5 U8 ^' d; ?0 P# ^* `: K& m# ~
  28. 28            case SOH:///<数据包开始
    " h/ ~9 _% O2 a! T5 [" ~1 }
  29. 29            {
    ! @5 D% y3 k. g
  30. 30                static unsigned char data_state = 0;. D6 R0 q3 ]6 K5 ]9 F
  31. 31                static unsigned int app2_size = 0;& u4 |$ t* B& L4 v' t7 f
  32. 32                if(Check_CRC(temp_buf, temp_len)==1)///< 通过CRC16校验
    1 ~, b5 p( r: ^, u& Z7 `
  33. 33                {                  
      O8 u/ h9 I+ L; ]  k- d+ x
  34. 34                    if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始8 T! Q9 X, B7 Z+ P
  35. 35                    {7 x( M. |2 W- H' G) y+ {. X" ?
  36. 36                        printf("> Receive start...\r\n");
    1 {9 x- p' `" m5 |
  37. 37
    2 u# n. y, w  Y' e! A* B
  38. 38                        Set_state(TO_RECEIVE_DATA);6 v' p& U( L7 H0 W* B5 O
  39. 39                        data_state = 0x01;                     
    - T; J3 M1 Z, D. {
  40. 40                        send_command(ACK);& k$ Y% q- q# w4 @5 [4 Y6 `+ P
  41. 41                        send_command(CCC);
    % N7 [6 X3 l" c. J
  42. 42
    - U$ h' r9 l% I! b
  43. 43                        /* 擦除App2 */                            1 G; a! t: H' @2 S: ~% L+ `9 T
  44. 44                        Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    : o( n5 L; @+ o0 T) h+ @  J; Y* W
  45. 45                    }& b5 Q/ Y$ Z/ ?8 \
  46. 46                    else if((Get_state()==TO_RECEIVE_END)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 结束
    + i3 l1 {0 |4 P5 s, g2 \% X& X8 P
  47. 47                    {" S% P6 S- \9 u; X, Y7 h; j
  48. 48                        printf("> Receive end...\r\n");
    $ d# Y2 Q  l7 G
  49. 49
      _' D& y+ Y2 E; P7 O
  50. 50                        Set_Update_Down();                      , x# j: g8 ^3 _# W
  51. 51                        Set_state(TO_START);
      r8 C9 G* r" D" S" r: N9 @
  52. 52                        send_command(ACK);; Y0 E/ G1 ~; o1 B1 J$ b3 R' X* t
  53. 53                        HAL_NVIC_SystemReset();$ ~! Y/ i9 I0 t: Y8 N
  54. 54                    }                  
    ' v( E0 {4 i" d. ~# ^; `% I' x
  55. 55                    else if((Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)&&(temp_buf[1] == data_state)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 接收数据
    ; H* S" a1 \8 u  Q! Y2 Z5 q
  56. 56                    {
    $ M  I; D1 P# B5 t- a
  57. 57                        printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    / @- J" B8 [3 ^( t* H. _: _
  58. 581 s$ _/ R1 m0 v! b7 ^/ ^
  59. 59                        /* 烧录程序 */3 i6 X5 x( T3 ~
  60. 60                        WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);$ U0 }" T9 B% ~6 l
  61. 61                        data_state++;
    & E! {' V; {7 E: F; r- a
  62. 62; ^3 O" T4 T% O/ i9 ?
  63. 63                        send_command(ACK);      
    $ M# {6 M, u4 y3 K5 X3 p
  64. 64                    }: n! C3 W/ \7 _
  65. 65                }/ @( ^4 L4 J' u7 y$ ]" n- \
  66. 66                else
    + [: E, K: G& I
  67. 67                {
    7 h/ ^) v+ Y3 O) T5 Y- v6 Y
  68. 68                    printf("> Notpass crc\r\n");
    ; K4 ?- L9 T4 T. E
  69. 69                }* U% T: I8 X% z" ^8 A1 \, B9 H
  70. 70
    0 n6 [* w: N3 S5 r" x3 b3 v
  71. 71            }break;- O8 \- L" D! x" k$ m
  72. 72            case EOT://数据包开始) [9 c6 S* `( Q6 i
  73. 73            {! @' F, B3 e3 Y: K8 P2 F
  74. 74                if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)9 S% V" J/ b2 ?2 C
  75. 75                {. }, j, s5 H+ M; M
  76. 76                    printf("> Receive EOT1...\r\n");( ?$ X! V* n  _9 k/ y0 l: x
  77. 77
    7 \! F: Q- _0 U2 j
  78. 78                    Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                 ! R7 w1 f% ]& P
  79. 79                    send_command(NACK);
    ; J: [4 Z# c: o: w# H7 j2 q
  80. 80                }) P7 P8 M" K& `+ p1 h; E3 \
  81. 81                else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    5 b% m, q4 G% s  Z
  82. 82                {
    8 N" @# D& p& s) j9 `; t9 Q4 o: ^3 b) c
  83. 83                    printf("> Receive EOT2...\r\n");$ D5 t& u5 x( p2 \3 e7 O( k1 [; r. `
  84. 848 J+ g1 a3 z# z" L
  85. 85                    Set_state(TO_RECEIVE_END);                  
    ) K8 t. d+ }8 D$ F8 M& m
  86. 86                    send_command(ACK);
    " Q% z. g* d8 s5 L
  87. 87                    send_command(CCC);9 _* n0 w* d* |! T' j/ Y6 F
  88. 88                }
    $ U5 [) z9 R% `( J! G
  89. 89                else
    ' C3 H' p4 z4 ~4 S! f7 S- w$ Z
  90. 90                {
    ! J$ {4 L7 q- F. {
  91. 91                    printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    " v' b5 ^2 a2 ?, s6 ?6 U; o
  92. 92                }
    ) N& b/ _5 z7 e: d6 n! [
  93. 93            }break; ( i8 ~& s: Z! R
  94. 94        }
    % `5 p- W) l; I1 W: g
  95. 95    }9 ~' }/ f# p6 `" L4 v
  96. 96}
复制代码

! S* N( X( Y! n" Z7 v5 {0 L5 \- ^5 |9 K- N
  • 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.5 a# N% |8 N7 A! F8 y( H
; U0 Q# A1 U% f6 D7 r
7 i+ e$ W8 N. b+ S- ]1 d
4. 整体测试
0 V$ S8 c% F: Z2 U6 N) z+ x本节主要对前三节的教程做测试验证 BootLoader + App的升级功能。
$ }, ]. S& L" J6 @& C
4 C$ j3 m0 c# v$ D: f
; c2 B' b9 _& d8 N; H4 R' [
源代码! U; i5 W$ q( }3 e9 w3 M9 s1 s/ ~
BootLoader源代码和App1源代码可以在原作者的gitee获取:
  • 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」5 L' u3 A2 p& s( p
; F& U; [- W5 I0 U, y! l+ Z1 w; }
0 H8 J# u# t4 ?
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)' d, N* l2 [3 x4 o

8 Z1 e" _$ S' S7 D, }3 M# ^6 ^5 n
微信图片_20230921162823.png
- ]) M# b( w; x3 n3 M/ l+ b
  • 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; l1 Y4 W9 l5 S2 k& C9 v

0 h" Q; C; X* r9 Y
微信图片_20230921162819.png
* Q/ y  U. p( b" `. A$ Y) y% @
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& Z8 [, D* m, T

. g0 q3 l' I* l3 @$ B
微信图片_20230921162816.png

! C% H" `$ Z0 j+ W! I
微信图片_20230921162810.png
2 B. V6 W4 p2 ^
  • 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
    $ J7 ^- r6 M+ Y/ o6 {6 a6 n6 X/ j
, e* @& C& c9 @& i8 J& g9 \9 b" {: U$ O
微信图片_20230921162807.png
- t4 J* g7 A* K+ J9 G
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+ q$ v7 ?" }- k
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: P: J0 h2 O8 V3 o8 |: }1 v- Y
+ G+ D' _& @( b2 P7 m
微信图片_20230921162803.png
! T6 g7 A! w5 t0 O' s, h% ^
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!% c2 z- |$ q, v6 S

6 X6 A$ T9 s. J$ T/ }8 M$ X
, J3 x; B* q. \9 X  l8 }
5. 总结
, m. H4 @: a9 U: A* c% t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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6 D$ C8 h( v/ P! n9 R! ?8 ~转载自: ARM与嵌入式
4 W* I! t5 A* Q/ r8 P如有侵权请联系删除
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收藏 评论0 发布时间:2023-9-21 16:29

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