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

  F3 S, D8 g! c! ]7 [( t1 X( L9 i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.

+ G1 g# B, Q1 N" l6 j

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

$ J, y8 f  s* s- j: D5 t# @) X2 a

0 Q* |8 W5 L, q: M& V, N

接下来就可以进入正题了.

; ^; S. v3 r# w# u! ^) x

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:

' C/ k( W2 v" T8 j# h8 T

8 R7 B$ U2 K* {( h+ l9 ?

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
  
  

) n* Y% d0 T' |* \8 ], o& T. m& c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:
  
  % \; @( g; M4 j4 k- b5 C# i( f3 B

7 ~. \8 K% b. Y7 [4 Y# [% Q
, T' L1 C( i3 u  I5 c7 m% V# o2. 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

( |' p( S+ W2 a9 N7 I

, @6 r1 B+ p; E1 X/ X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. 1/* 采用汇编设置栈的值 */
   1 [' f9 O0 @* n' l/ f2 T
2. 2__asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
   1 b( {4 D) \7 N; _& A8 E3 K
3. 3{
   5 |  k* a0 a, [) q+ o: Y
4. 4    MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值
   ! \- [( _7 Y' H, L; z8 I" _; y% l5 n
5. 5    BX r14
   ) z$ U  b3 S0 ?. ^4 b
6. 6}
   ( u8 r9 j: s: q& o$ E" R5 F( {3 t
7. 7
   
8. 8
   # V; R0 t3 s8 `
9. 9/* 程序跳转函数 */
   + ^( @/ W7 w: @# S
10. 10typedef void (*Jump_Fun)(void);
    6 E0 H6 a1 S( N6 q/ A& U
11. 11void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
    - ]/ M0 g  A0 q5 Q) @4 k# v2 u
12. 12{
    
13. 13  Jump_Fun JumpToApp;
    
14. 14
    1 `1 A  Q3 `0 n. I; q6 x2 u( R
15. 15  if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 )  //检查栈顶地址是否合法.
    
16. 16  {
    8 w& b7 J$ M' c
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)
    
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)
    
19. 19    JumpToApp();                                                //跳转到APP.
    
20. 20  }
    
21. 21}

复制代码

0 E; u+ S* A- Y1 B/ G

• 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。

2 `! G% x- M, C5 y

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：
  
  

4 @; D- [' L5 ~7 a; A$ k: C& }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
  
  . x  s- m5 {! E0 I2 Q3 f) @

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
  
  8 [* X6 w( N* L, z. i

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
  

! z3 P+ T- n9 t" @: @( _. D0 c

  @* ]) R  b# _4 ?4 C( Q4 S

• 打印版本信息以及跳转指令
  " a/ @3 Z5 L( H2 H9 B5 Z

. B7 F7 F2 u1 a& u6 l! n) S

$ n( f( o+ K" T

• YModem相关的文件接收部分
  2 A4 i- U, L2 T2 O5 X' F: |

1. 1/**
   
2. 2 * @bieaf YModem升级
   
3. 3 *
   
4. 4 * @param none
   : X( M4 b) h" R5 R& c: ?
5. 5 * @return none
   
6. 6 */
   
7. 7void ymodem_fun(void)
   
8. 8{
   7 W/ D- x4 b1 Y* q  W
9. 9    int i;
   - I3 {& W8 H: N; S2 J1 r8 U
10. 10    if(Get_state()==TO_START)
    1 H5 t: U4 Q3 e  f1 W2 w  E
11. 11    {
    " N( D) `0 [) C- h9 U$ W0 E
12. 12        send_command(CCC);
    1 x) X" B& B- c/ q
13. 13        HAL_Delay(1000);
    7 p3 p5 O  S) w2 e0 }5 V% h
14. 14    }
    
15. 15    if(Rx_Flag)     // Receive flag
    6 m' L4 h  C1 x  \$ d
16. 16    {
    & z+ f- b5 P  U1 M2 _
17. 17        Rx_Flag=0;  // clean flag
    9 ^/ \* H0 U" K" D2 f' G6 w
18. 18
    
19. 19        /* 拷贝 */
    
20. 20        temp_len = Rx_Len;
    % a( n6 _  _( z% @9 P( {
21. 21        for(i = 0; i < temp_len; i++)
    / y# y0 |7 B+ g1 @1 ]9 c2 k
22. 22        {
    % j3 v) P/ i) K# G
23. 23            temp_buf[i] = Rx_Buf[i];
    ! Y% K- f" ?  ]) ?0 f0 {# e
24. 24        }
    ( y- Z9 [) J/ ?2 I; _" {" w1 v
25. 25
    
26. 26        switch(temp_buf[0])
    
27. 27        {
    
28. 28            case SOH:///<数据包开始
    * _% t" Q" P8 C9 l! A
29. 29            {
    3 d8 f' S$ e8 k; @( c
30. 30                static unsigned char data_state = 0;
    
31. 31                static unsigned int app2_size = 0;
    ( r: E$ N4 @2 P: \+ C
32. 32                if(Check_CRC(temp_buf, temp_len)==1)///< 通过CRC16校验
    
33. 33                {                  
    4 y* |7 d1 I- g' }8 y  p! i
34. 34                    if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始
    
35. 35                    {
    
36. 36                        printf("> Receive start...\r\n");
    
37. 37
    
38. 38                        Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
    ( O) a) h1 U, k: H
39. 39                        data_state = 0x01;                     
    
40. 40                        send_command(ACK);
    
41. 41                        send_command(CCC);
    1 V% B2 P% z& ^& D5 K% E
42. 42
    * g8 t( ~" _( D: Q
43. 43                        /* 擦除App2 */                           
    ' ?" ^- {6 I5 n3 d# p
44. 44                        Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    
45. 45                    }
    
46. 46                    else if((Get_state()==TO_RECEIVE_END)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 结束
    - {1 W  c3 V; e8 W6 T
47. 47                    {
    
48. 48                        printf("> Receive end...\r\n");
    3 Z+ V8 o9 X5 X( A* w2 l# d) m
49. 49
    
50. 50                        Set_Update_Down();                     
    - }. b/ `  |0 ]  l; A! b4 O
51. 51                        Set_state(TO_START);
    ' H9 c7 i4 W7 r) D  t
52. 52                        send_command(ACK);
    ' O* _- b" Q0 V0 G
53. 53                        HAL_NVIC_SystemReset();
    - @  @$ I( i+ C; R' v% e
54. 54                    }                  
    7 |9 F  J3 E- v
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
    
56. 56                    {
    8 ]8 A: W3 `$ [+ J4 W4 }
57. 57                        printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    
58. 58
    2 V- d8 J/ ]4 Q( `' Z7 r
59. 59                        /* 烧录程序 */
    
60. 60                        WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
    # j9 V/ i; ], V$ x
61. 61                        data_state++;
    
62. 62
    
63. 63                        send_command(ACK);      
    * ?4 c8 X/ d3 g7 R
64. 64                    }
    8 Y* k7 I% V0 d1 u4 N6 K+ ?8 Q+ F
65. 65                }
    0 D$ c1 h  C: n, N2 l9 g
66. 66                else
    
67. 67                {
    ' Z$ W: P: O/ ~7 X5 m9 q
68. 68                    printf("> Notpass crc\r\n");
    
69. 69                }
    
70. 70
    
71. 71            }break;
    
72. 72            case EOT://数据包开始
    
73. 73            {
    
74. 74                if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    
75. 75                {
    
76. 76                    printf("> Receive EOT1...\r\n");
    
77. 77
    
78. 78                    Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                 
    3 X! U8 D& ]- e- ?0 b/ ?1 i
79. 79                    send_command(NACK);
    
80. 80                }
    ) e3 C( P) q- u) r
81. 81                else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    
82. 82                {
    
83. 83                    printf("> Receive EOT2...\r\n");
    ) o+ J4 f* F/ W& }; m6 @
84. 84
    # A) f4 n: _* \! Q# U
85. 85                    Set_state(TO_RECEIVE_END);                  
    4 m& G% J& ?2 y; Q2 C4 `+ y" ]. O
86. 86                    send_command(ACK);
    - t  _0 i* B! z8 q/ ~  b1 d
87. 87                    send_command(CCC);
    
88. 88                }
    1 _+ e9 L; T1 C) b% M
89. 89                else
    # J/ r  b/ c, v+ K. j0 P! X
90. 90                {
    
91. 91                    printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    ) A) g4 U" e# _
92. 92                }
    
93. 93            }break;
    
94. 94        }
    & u5 X  U- ?' j" z
95. 95    }
    - a( Q9 c+ e( E
96. 96}

复制代码

  {6 E+ W$ u- R. h1 |' \: \

• 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。

/ b# Q% J6 o3 |9 l* h8 k+ N
0 H. n1 g3 f5 q+ s3 p源代码
- d+ ?+ R# L8 Q* F3 r& a/ [( C2 QBootLoader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」。
  

7 g: L% p( W9 j% rBootLoader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)
  3 R7 h3 P+ O% N7 w' v: U: n

( b2 f6 L. a3 E

• 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
  1 r6 D- _: z. B/ B. E) ^" B1 I$ `6 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
  

• 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
  ' k9 F! ~9 h6 F# Z

2 ?- o- x& q6 q( R7 i

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
  

6 x# {# S7 w5 I& B% c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!
  

" \! Y; C8 X0 {& [$ U7 R! C
5. 总结
/ ~8 a/ T' P7 J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。

# g: R6 v! S2 L  m% `6 U, f
  _9 O4 A) T( ?; f2 b3 s- t3 _
% ^7 L) S! H0 ?2 \- H9 g转载自： ARM与嵌入式
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