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

- 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.

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.

: 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

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
  
  

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

4 c; X& B! r+ \' \  }" a0 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。

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

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 */
   & ^9 k( `0 L0 q& W8 Q
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
   
6. 6}
   ! S4 [3 l2 \1 E9 R4 t
7. 7
   
8. 8
   
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{
    
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)
    # 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)
    
19. 19    JumpToApp();                                                //跳转到APP.
    
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
  
  + 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。

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

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
  / D( X( w# v: }5 p" H: U9 G

" n% ]7 M0 I% G3 j- W

& D  W3 ~2 n+ x) N9 \

• 打印版本信息以及跳转指令
  

7 Y& C0 w2 R2 N/ K  w4 U

• YModem相关的文件接收部分
  

1. 1/**
   
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
   
6. 6 */
   6 l# B, R! z3 a; b" H
7. 7void ymodem_fun(void)
   + U+ U- u. G5 y8 j
8. 8{
   
9. 9    int i;
   ' E3 s0 b+ R8 G+ ]0 T
10. 10    if(Get_state()==TO_START)
    
11. 11    {
    
12. 12        send_command(CCC);
    
13. 13        HAL_Delay(1000);
    
14. 14    }
    
15. 15    if(Rx_Flag)     // Receive flag
    
16. 16    {
    . v) y8 {( R# I6 B' X
17. 17        Rx_Flag=0;  // clean flag
    
18. 18
    9 p  t  x$ f) i9 ?( G; M
19. 19        /* 拷贝 */
    
20. 20        temp_len = Rx_Len;
    
21. 21        for(i = 0; i < temp_len; i++)
    
22. 22        {
    
23. 23            temp_buf[i] = Rx_Buf[i];
    9 g) N5 i, n8 @/ e, q% |# E
24. 24        }
    
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        {
    
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;
    
31. 31                static unsigned int app2_size = 0;
    
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
    
35. 35                    {
    
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);
    
39. 39                        data_state = 0x01;                     
    - T; J3 M1 Z, D. {
40. 40                        send_command(ACK);
    
41. 41                        send_command(CCC);
    % N7 [6 X3 l" c. J
42. 42
    - U$ h' r9 l% I! b
43. 43                        /* 擦除App2 */                           
    
44. 44                        Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    : o( n5 L; @+ o0 T) h+ @  J; Y* W
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
    + i3 l1 {0 |4 P5 s, g2 \% X& X8 P
47. 47                    {
    
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();                     
    
51. 51                        Set_state(TO_START);
      r8 C9 G* r" D" S" r: N9 @
52. 52                        send_command(ACK);
    
53. 53                        HAL_NVIC_SystemReset();
    
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. 58
    
59. 59                        /* 烧录程序 */
    
60. 60                        WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
    
61. 61                        data_state++;
    & E! {' V; {7 E: F; r- a
62. 62
    
63. 63                        send_command(ACK);      
    $ M# {6 M, u4 y3 K5 X3 p
64. 64                    }
    
65. 65                }
    
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                }
    
70. 70
    0 n6 [* w: N3 S5 r" x3 b3 v
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
    7 \! F: Q- _0 U2 j
78. 78                    Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                 
    
79. 79                    send_command(NACK);
    ; J: [4 Z# c: o: w# H7 j2 q
80. 80                }
    
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");
    
84. 84
    
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);
    
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;
    
94. 94        }
    % `5 p- W) l; I1 W: g
95. 95    }
    
96. 96}

复制代码

! S* N( X( Y! n" Z7 v5 {

• 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
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
源代码
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」。
  

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)
  

8 Z1 e" _$ S' S7 D, }3 M# ^6 ^5 n

• 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
  

0 h" Q; C; X* r9 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
  

. g0 q3 l' I* l3 @$ B

! C% H" `$ Z0 j+ W! I

• 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

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!
  

6 X6 A$ T9 s. J$ T/ }8 M$ X
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。
5 ?1 c0 F6 E7 J& N+ {6 E* k
2 V1 W; p2 O8 n

6 D$ C8 h( v/ P! n9 R! ?8 ~转载自： ARM与嵌入式
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9 |; z# B! Z; @3 x5 S
  V% Q/ f9 ^4 c3 G" A7 Q9 O