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
. U  h; ]9 M7 i" }4 y( u1 n2 \' o
; p) p! N" F" R$ W! \$ `5 U! C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

% f$ W  u, k" C6 O

) G# ?" v' f' \

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:

0 T! i' m; D, {

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
  
  1 |, j# o" P" s3 T" ?4 [

& R# y$ @6 z& g: d4 Y& J
4 ^4 d2 C# i( i3 @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:
  
  

) d- w1 @9 t/ j9 `
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。

. {- F+ A7 Q( K

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

6 R$ |+ t8 D7 }/ _/ a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 */
   
2. 2__asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
   
3. 3{
   
4. 4    MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值
   
5. 5    BX r14
   + m- d8 N8 ~- M
6. 6}
   , S) X# X* M1 ^) u" x+ U) O
7. 7
   
8. 8
   
9. 9/* 程序跳转函数 */
   / q% U: ~4 I& \2 @
10. 10typedef void (*Jump_Fun)(void);
    + |1 p& G9 t" e2 Y
11. 11void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
      D9 O; `% N3 H7 h7 f: b6 F+ n$ K
12. 12{
    
13. 13  Jump_Fun JumpToApp;
    
14. 14
    2 R( L! T8 l# ?3 q4 }* X: p
15. 15  if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 )  //检查栈顶地址是否合法.
    
16. 16  {
    
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)
    4 |& y  u2 a3 i  r" S+ N
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)
    % l) Z# K* s2 U# u% F  q- }- r; I
19. 19    JumpToApp();                                                //跳转到APP.
      [$ \5 s1 V5 i( H
20. 20  }
    
21. 21}

复制代码

• 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：
  
  

' V1 E8 c) T  S! D$ n3 i8 L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
  
  

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
  5 Y1 @0 X& E$ I& F0 D6 B% M

5 A& I5 g* j2 _4 S1 L! Z, M# |

• 打印版本信息以及跳转指令
  

/ U+ U4 Q( z- V

# q6 ], R: d" v- p

• YModem相关的文件接收部分
  ' v5 v4 p/ l! [. N

1. 1/**
   
2. 2 * @bieaf YModem升级
   / Z5 i6 [: p6 D8 M# K- O
3. 3 *
   
4. 4 * @param none
   ( r) W, |0 O5 d' a0 h: r
5. 5 * @return none
   $ B! |! y" n3 K: \  u# x% G$ {9 J" A
6. 6 */
   
7. 7void ymodem_fun(void)
   * q: {! U  b6 x- e: z4 ]; R4 N
8. 8{
   
9. 9    int i;
   
10. 10    if(Get_state()==TO_START)
    " ^! R1 ?  E" M9 }9 z
11. 11    {
    
12. 12        send_command(CCC);
    
13. 13        HAL_Delay(1000);
    & _% K6 b+ z( n- m, m
14. 14    }
    
15. 15    if(Rx_Flag)     // Receive flag
    ( z: N+ d/ s4 A, P8 S& i
16. 16    {
    
17. 17        Rx_Flag=0;  // clean flag
    9 U* y* L, h& b* w6 V" O+ L
18. 18
    7 O; G8 H! S. ^2 F# O
19. 19        /* 拷贝 */
    
20. 20        temp_len = Rx_Len;
    + u. w  Y( h7 L4 E# D% Z
21. 21        for(i = 0; i < temp_len; i++)
    
22. 22        {
    
23. 23            temp_buf[i] = Rx_Buf[i];
    % k3 g0 m' y  U: d8 R* N! n
24. 24        }
    
25. 25
    & n6 w: ~2 t" y' \% _  F. W4 l& W
26. 26        switch(temp_buf[0])
    2 [/ `2 x8 K4 o, C* |  Z! a
27. 27        {
    " w: i7 z6 u5 y3 _9 Y1 }4 `
28. 28            case SOH:///<数据包开始
      T2 k3 e# p4 [, f5 ^5 Q! t
29. 29            {
    + O: E: S( E6 U1 X0 _3 y
30. 30                static unsigned char data_state = 0;
    6 h" i( B# e. a$ w
31. 31                static unsigned int app2_size = 0;
    1 _! D; x. P2 B; s' Z  v6 h1 m6 B1 _
32. 32                if(Check_CRC(temp_buf, temp_len)==1)///< 通过CRC16校验
    
33. 33                {                  
    
34. 34                    if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始
    
35. 35                    {
    ( Y, z8 c% b4 O1 O& R. m
36. 36                        printf("> Receive start...\r\n");
    2 o% ~! ^; q" X5 x
37. 37
    
38. 38                        Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
    - c5 \' {3 A3 Q
39. 39                        data_state = 0x01;                     
    
40. 40                        send_command(ACK);
    . l. X; a/ s3 r9 v
41. 41                        send_command(CCC);
    
42. 42
    
43. 43                        /* 擦除App2 */                           
    0 n7 ]8 \1 X4 B3 Z+ K# I
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
    ( v, F7 f. [$ N# ?
47. 47                    {
    $ L# S. r1 @& R( w' @! _$ U7 c% Q- l( |
48. 48                        printf("> Receive end...\r\n");
    
49. 49
    
50. 50                        Set_Update_Down();                     
    $ @$ N. g3 s# w" ~5 }
51. 51                        Set_state(TO_START);
    
52. 52                        send_command(ACK);
    
53. 53                        HAL_NVIC_SystemReset();
    
54. 54                    }                  
    
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                    {
    
57. 57                        printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    ; A  G$ \: j  H- ^  M2 ?# |+ C
58. 58
    % K$ W- w5 `3 q6 i7 v
59. 59                        /* 烧录程序 */
    
60. 60                        WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
    . A& Y+ q! i5 f$ F. A* E
61. 61                        data_state++;
    * ?- R  `1 v8 z
62. 62
    
63. 63                        send_command(ACK);      
    
64. 64                    }
    
65. 65                }
    
66. 66                else
    6 N* Q& Q5 S0 S8 W: p) }: ]
67. 67                {
    
68. 68                    printf("> Notpass crc\r\n");
    
69. 69                }
    
70. 70
    
71. 71            }break;
    
72. 72            case EOT://数据包开始
    . s9 M9 t# C. v9 R3 s% z
73. 73            {
    7 P4 v7 L4 E3 m4 s4 D
74. 74                if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    % i- O# W; H* `' C
75. 75                {
    
76. 76                    printf("> Receive EOT1...\r\n");
    9 k- c1 ^& K) i" P) r
77. 77
    
78. 78                    Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                 
    
79. 79                    send_command(NACK);
    . C% W0 Z  E& u  x
80. 80                }
    
81. 81                else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    
82. 82                {
    
83. 83                    printf("> Receive EOT2...\r\n");
    
84. 84
    4 e1 v9 C! _9 P+ W0 U
85. 85                    Set_state(TO_RECEIVE_END);                  
    " p# X* s; W1 f6 S6 i
86. 86                    send_command(ACK);
    
87. 87                    send_command(CCC);
    4 ^0 P/ O. R$ z+ E
88. 88                }
    
89. 89                else
    
90. 90                {
    
91. 91                    printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    ! {/ n. |* l8 \7 K' s+ Y) I7 ]" s9 ~
92. 92                }
    6 ]+ V8 x5 l0 E4 m9 `1 Y$ h
93. 93            }break;
    ) ]( |3 J) a$ k- U& ]
94. 94        }
    
95. 95    }
    ; Z/ V+ x3 ^: `  J
96. 96}

复制代码

• 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.
  ! [; x! s) S6 I8 ^. o

  f4 ~8 w; u* V6 R  E
. w4 k" S, R8 A* T4. 整体测试
6 o: Z7 O) o# c; Y2 t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
. i' r! w" Z- g' J8 y$ ?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」。
  ' j# D2 G3 X4 d  B9 A

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
  1 q; L9 r" F9 W6 A4 q0 r- Q

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
  - v, L  r3 |$ l, z5 Z5 V4 f" F

- }6 G2 c7 w% ]  u+ [

• 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
  

4 {5 k1 k& |. T4 r% V

3 p) L6 \7 ], F7 Z8 R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
  " O/ {* ^( K3 h+ l5 j2 y, g+ R- p7 e: u9 r

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 Q" V& E2 H% M: M6 e% M' H( A

1 ~0 b8 g9 A0 b3 X" H7 {, T% I: O

$ t4 R: A0 |1 ]; x1 m/ W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!
  4 X, V4 b  n, _

# t/ ]0 n7 s& X6 N/ V
5. 总结
& b, R2 o$ E" b& ^& D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。



转载自： ARM与嵌入式
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3 Y. X4 o, A& j( `
# [- }2 v( `2 B5 s0 N+ B! c) A) ]