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

$ |$ U5 W3 q* C  ^2 {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.

* S6 T0 k& Y6 G/ b- l

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

; Z0 |8 ~; V/ V; [) R0 M

接下来就可以进入正题了.

1 q$ V3 K& g" A

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
  
  2 @9 k2 A5 ^$ W9 ~9 l! w! Z

- f4 D0 U! a* m
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。

) ]# v6 Y  A/ z* `1 p) h8 s

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

( U. _$ k8 d( w) 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:
  
  0 H) _$ F6 o! y

1. 1/* 采用汇编设置栈的值 */
   
2. 2__asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
   4 [7 I$ A  A9 l4 f2 ?5 o- Z
3. 3{
   
4. 4    MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值
   
5. 5    BX r14
   # A/ C+ C0 k! u( h! E* k  T" Y
6. 6}
   + t9 A! n5 @6 n9 E% X
7. 7
   
8. 8
   
9. 9/* 程序跳转函数 */
   2 F! ?* b! w8 P7 `& J5 x* K
10. 10typedef void (*Jump_Fun)(void);
    2 \) E) {, A9 N9 Y% Y! `+ a, \
11. 11void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
    
12. 12{
    5 {3 [2 A3 \5 R9 \
13. 13  Jump_Fun JumpToApp;
    
14. 14
    
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)
    7 O% X5 M3 o+ g% _3 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)
    
19. 19    JumpToApp();                                                //跳转到APP.
    
20. 20  }
    + T! O: D) l3 g
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：
  
  ( I. m! f& y, t8 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
• 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
  
  ) {9 w' Y0 _2 ^+ K/ ^- [

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
  

- R2 ^4 a1 K, N& B, ^

+ s) c2 F1 U; z: y4 y4 E

• 打印版本信息以及跳转指令
  : `8 j" k7 A! v" O* C% X

3 Q0 x, y$ U. J& ]( O6 D/ f' Z

• YModem相关的文件接收部分
  2 ~: _% k+ C6 G4 _, K8 @0 D5 R- K

1. 1/**
   
2. 2 * @bieaf YModem升级
   
3. 3 *
   # M: {- P, S3 l
4. 4 * @param none
   7 t7 ^2 P6 Y7 Z) K+ F
5. 5 * @return none
   ; z0 b  O5 Y- K) Z( z/ L# y
6. 6 */
   5 Y* N& H+ _( z7 f8 v
7. 7void ymodem_fun(void)
   9 w( g1 Z! k9 Y' F' y( w/ ~5 D
8. 8{
   0 [' X+ l8 X, ^0 F: B: J- }9 P
9. 9    int i;
   
10. 10    if(Get_state()==TO_START)
    
11. 11    {
    
12. 12        send_command(CCC);
    
13. 13        HAL_Delay(1000);
    
14. 14    }
    # x1 k9 l! D: y' W
15. 15    if(Rx_Flag)     // Receive flag
    : K( f) w/ f) g, T2 [  n; \  ~
16. 16    {
    
17. 17        Rx_Flag=0;  // clean flag
    & s1 ]$ Q, P: r0 k+ W; N3 J
18. 18
    
19. 19        /* 拷贝 */
    
20. 20        temp_len = Rx_Len;
    ( e8 B5 ?2 D) j3 |/ B
21. 21        for(i = 0; i < temp_len; i++)
    
22. 22        {
    
23. 23            temp_buf[i] = Rx_Buf[i];
    
24. 24        }
    
25. 25
    9 \" ?1 R$ m" h: W# z$ S
26. 26        switch(temp_buf[0])
    5 l( h# O4 A/ I  T2 z' X
27. 27        {
    ; G& O, M( ^7 E# T+ q+ @: k! p
28. 28            case SOH:///<数据包开始
    
29. 29            {
    
30. 30                static unsigned char data_state = 0;
    4 ^& n: V, z' E( A: }
31. 31                static unsigned int app2_size = 0;
    $ _+ x0 {9 W2 F1 h' A' E
32. 32                if(Check_CRC(temp_buf, temp_len)==1)///< 通过CRC16校验
    / Q2 ]- q+ Z) z, C) i
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                    {
    
36. 36                        printf("> Receive start...\r\n");
    
37. 37
    
38. 38                        Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
    
39. 39                        data_state = 0x01;                     
    
40. 40                        send_command(ACK);
    ; l. p. M& o' v# T
41. 41                        send_command(CCC);
    
42. 42
    
43. 43                        /* 擦除App2 */                           
    ) g- c- Z) d4 r1 g/ g( u$ }% L
44. 44                        Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    
45. 45                    }
    $ W8 {! w/ n# E! v3 r
46. 46                    else if((Get_state()==TO_RECEIVE_END)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 结束
    
47. 47                    {
    0 }% N! F# m, r, v9 [% J
48. 48                        printf("> Receive end...\r\n");
    
49. 49
    
50. 50                        Set_Update_Down();                     
    ( B/ ^9 S! Q# u" U( E' c  ~- A
51. 51                        Set_state(TO_START);
    " w! j) A# Q! Z6 m6 w9 [9 T0 D  m
52. 52                        send_command(ACK);
    ; J0 T, a" h# U* P, t
53. 53                        HAL_NVIC_SystemReset();
    7 k/ [$ I- O0 p" _
54. 54                    }                  
    / F2 C+ t( z8 O1 Q
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                    {
    " r6 i5 ^, e" C
57. 57                        printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    4 J- G$ W8 ?" @+ T) X$ A
58. 58
    - K9 E2 q# {4 j6 C$ e( s
59. 59                        /* 烧录程序 */
    9 {9 U/ {1 R% H! \$ z
60. 60                        WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
    4 V& ]6 x/ }( O3 o6 |% |
61. 61                        data_state++;
    
62. 62
    - i' ^$ U- e; f  y
63. 63                        send_command(ACK);      
    
64. 64                    }
    
65. 65                }
    ) n7 S" Z5 T5 I% e8 I6 i
66. 66                else
    , E( U' U4 l5 q; _) F! B" y( e
67. 67                {
    - R: F  U$ v0 f  ]: x
68. 68                    printf("> Notpass crc\r\n");
    
69. 69                }
    
70. 70
    
71. 71            }break;
    
72. 72            case EOT://数据包开始
    ! o8 L3 h' j- k6 r. ~9 C9 t4 S: @- m
73. 73            {
    8 s5 Z# H6 w- K+ W9 q& d1 x
74. 74                if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    
75. 75                {
    % W" E; r! b* x0 L1 M3 q3 m
76. 76                    printf("> Receive EOT1...\r\n");
    
77. 77
    
78. 78                    Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                 
    : Q$ m$ a) X7 G6 \: a' X4 }
79. 79                    send_command(NACK);
    
80. 80                }
    & X' V7 T% R4 `$ M
81. 81                else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    
82. 82                {
    / `1 O- ?9 ]2 ]' }7 l" g( N' ^
83. 83                    printf("> Receive EOT2...\r\n");
    8 h& d8 d$ ^3 z3 I5 P8 t
84. 84
    
85. 85                    Set_state(TO_RECEIVE_END);                  
    
86. 86                    send_command(ACK);
    ' Z" p, O5 u1 g$ d- E2 _0 _1 u& P
87. 87                    send_command(CCC);
    3 Z3 ~& n" w- y8 S% h
88. 88                }
    ) c- P8 R) ]$ q- X
89. 89                else
    0 X  v' z  ], ~  `
90. 90                {
    
91. 91                    printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    
92. 92                }
    
93. 93            }break;
    
94. 94        }
    - |3 L' {4 ^0 T" h; [9 A1 L2 S
95. 95    }
    & J2 E& ?3 H# c& f; e- v4 S
96. 96}

复制代码

% i" `9 O# \. ?% v" {2 u* i$ {
' g! E$ F5 x, V

• 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.
  

" y  k/ ]- {3 m+ Q+ @4. 整体测试
1 k2 K1 y, w3 z/ q) A本节主要对前三节的教程做测试验证 BootLoader + App的升级功能。
: P6 ~: H0 F# e" [

* s' n+ v+ j. d( W  l7 b, m源代码
  M; u* L3 [& Z: @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」。
  " g! ]2 ~2 ~& j8 s7 n

. I2 X2 W+ l8 M# j6 ^* F

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)
  

& h& L, @: ], F! D  u& n5 \

9 @- p$ @7 [+ d4 J& _- D5 H; y' O

• 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
  % w: s9 P6 B* M! G, w4 p

4 p( M9 a# G+ p$ Q7 A+ Z' T. Q

• 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
  # b+ Z4 m5 n2 a

/ [" q3 K8 N7 A: |- D! P! }

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
  / X$ _7 ^1 Q. ~- k# `$ v0 x

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
  9 Q4 v7 }2 J( ?

! K; F2 [2 u" a! m# V4 `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!
  

8 ?2 a$ g( ]; `1 Y) x/ Q
; Q4 o6 C1 ~! v5. 总结
/ H5 y/ W3 e' R! p2 U; U) \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。
8 x' N$ U% r9 v+ Z8 B3 T2 s1 P
% P# ]0 T* Y, k1 y0 |
4 o8 ]5 l0 O9 @4 C
( V7 N! [5 _& p3 T. K0 S转载自： ARM与嵌入式
- R; E8 X) Z% L" t0 l( \如有侵权请联系删除
; T$ Z! m' g1 G6 o4 V9 w
. W% {5 z! V- A$ K5 M1 a

; Q5 r1 I9 {1 w8 o. E