一、串口IAP简介
1.1 什么是IAP
IAP，英文全称In Application Programming，在应用中编程。很好理解，就是在程序运行过程中我们进行程序的烧写，或者叫升级。

1.2 STM32下载程序
我们都知道，STM32可以利用串口下载程序，这是因为ST公司在产线上就在产品中内嵌了自举程序。所谓的自举程序，实际就是支持我们通过串口下载程序的代码。自举程序被存放在系统存储区，因此如果我们需要通过串口下载程序，需要将Boot0接高电平，Boot1接低电平，让程序从系统存储器开始运行，运行自举程序。下载完成后我们再将Boot0接地，让程序从主闪存存储器开始运行。自举程序是我们用户无法修改的。
7 Z& t: v% A/ r1 u+ M1 y1 q9 Q
$ Z3 ]% u! R+ Q3 H, a
# u/ L3 O9 g# w$ `- x' B二、串口IAP有什么作用
& g  G  Z- Q  q0 r4 Y9 L3 R) H- G上面我们介绍了什么是IAP，那么这个IAP到底有什么作用呢？

+ J* F3 p. H; w5 W7 F" W首先介绍两个词——Bootloader和Application。Bootloader实际就是一段引导程序，单片机上电后先执行Bootloader程序，然后再执行用户编写的应用程序Application。介绍完这两个词，我们来介绍一下IAP有什么作用。比如我们生产了A，B两款产品。A产品是某个精密器件的一部分，B产品是一款物联网产品。我们的产品销售范围很广，远销海外。

6 R( X; i1 f. P2 t某天A产品的某个客户反映了一个Bug，我们编写好了程序，需要进行程序更新，或者叫升级。利用IAP，我们可以在程序运行时，通过预留的通信接口直接烧写程序。而不需要再把整个设备拆开，像我们调试时那样下载程序。甚至我们可以直接给客户邮寄一个小设备，客户直接进行傻瓜式升级。
( L9 L* p) Q  u, R0 @% y# h3 N
又过了一段时间，B产品的程序出现了一个Bug，风险等级比较低，但是依旧需要全体升级程序。我们总不能挨个产品派人去升级，成本极大。这时候又轮到我们的IAP出场了。它可以在所有设备在线运行的情况下，直接通过网络下发升级程序，实现在线升级，节约了大量的人力成本。
& m9 t8 L$ J5 Z( r) N0 P7 S9 p/ a0 \$ G
- C& y2 o7 M9 ^+ f, p+ t& k通过上面这两个例子，大家应该能够基本了解IAP的用处，使用IAP让我们不需要再使用调试器进行下载，甚至实现设备的在线升级。


三、启动流程
, F4 c; h) z4 L' p$ H在介绍如何实现IAP之前，我们先来简单了解以下STM32的启动流程。

: O( e* j( H$ N  N0 K- M# |3.1 正常启动流程
这里的正常启动流程指的是，没有添加IAP的流程。

正常启动流程

" T* O' c( }, ?! f8 C# \9 ~
程序启动时首先开辟栈空间，配置栈顶指针。然后配置堆空间。配置完成后，建立中断向量表，在中断向量表中找到复位中断，开始执行复位中断服务函数，然后跳转到main函数中，执行用户代码。当用户代码中有中断请求时，会回到中断向量表，根据中断源执行相应的中断服务函数。

0 k  s4 X5 d3 U8 h9 W3.2 加入IAP后的启动流程
下面是加入IAP之后的启动流程。
3 f5 d  t) Q. W  D, m

. q6 `8 d6 }$ a. B  s

加入IAP启动流程

( z/ t9 r3 y3 u& L. n
" m1 `5 |; q9 W
可以看到，与上面不同的是，加入IAP后，执行完复位中断服务函数后直接进入IAP的main函数。在执行完IAP之后，跳转至新写入程序的复位向量表，取出新程序的复位中断向量的地址，并跳转执行新程序的复位中断服务程序，随后跳转至新程序的main 函数。

由上面的两个启动过程我们可以看出
. l7 t5 [. g8 e4 I# W• 新程序必须在 IAP 程序之后的某个偏移量为 x 的地址开始。
• 必须将新程序的中断向量表相应的移动，移动的偏移量为 x。
) Y9 T6 M- _" r; |% R0 b5 ?8 L
) C2 D  L! h. ]
$ ^" A- C. n6 [: P+ [# y2 g8 m四、必备知识
! y0 y- V* l8 H! C& P; m44.1 修改程序运行起始地址
1 Y  P1 Y. M! b5 j$ z1 R# j  f点击魔术棒，选择“Target”，修改运行起始地址和代码大小。
- b8 x0 J) ^4 [' Q

. T; o. Z% s8 v6 ^# a& M

修改App运行起始地址

4 q5 N3 a. [6 q1 Y- V. Z

4.2 设置中断向量表偏移
VTOR 寄存器存放的是中断向量表的起始地址。如果要设置中断向量表偏移，只需要在main函数最开始添加如下语句即可

1. SCB->VTOR = FLASH BASE | 偏移量:

复制代码

4.3 生成.bin文件
) ?, t8 y- m2 W8 \- k点击魔术棒，选择“User”，按照如下配置，输入下面的内容
9 j% ~* o/ G# p+ A" }7 o

1. fromelf --bin -o "$L@L.bin" "#L"

复制代码

# T2 Z4 s2 Z3 `( D( h: K/ w4 u$ k

1 F, e1 s3 P! W- ~  J

生成.bin文件配置

2 H6 `2 S, [6 E. U1 ?$ L7 l

+ ~( M# M# v, M, e" k点击编译，不报错就可以，去设置的输出文件夹中就可以找到对应的.bin文件。
, E& O% W$ W8 g+ X5 C
, t, W) Z" j' X# c; \% i4 h

9 d  C0 f$ I! c7 h: ?

编译提示

- d+ h9 Q; @. G* o
1 ]! R+ z5 k. I2 c) n' S$ @) S
4 B; ~% Q0 L% j" d/ {; T. W五、串口IAP实现
% r7 n# U- Q* T4 i' q本次的目标是实现一个串口IAP，也就是编写Bootloader，在程序运行过程中实现程序的下载。Bootloader程序应该可以通过串口接收上位机发来的.bin文件（App程序），检查后将.bin文件写入到Flash特定位置，然后跳转到App程序运行。

5.1 串口中断服务函数
$ `% [' h# E, E5 ]+ J' ]0 {本次的串口中断服务函数与之前不同，这里单独贴出来。需要定义一个接收数组，接收数组的起始地址限制为0X20001000。接收数组最多可以接收55K字节，可以根据需要调整。但是需要注意的是，数组的大小需要比App程序要大，而且不能超过芯片的SRAM空间大小。

1. /*
   
2. *==============================================================================
   
3. *函数名称：USART1_IRQHandler
   $ F$ L7 g0 o' A7 N  p( Z: r  S
4. *函数功能：USART1中断服务函数
   
5. *输入参数：无
   : Z) L/ y, ^( c, D* ], ~4 C
6. *返回值：无
   0 e4 ~- S. [) `% D- J2 {/ r
7. *备  注：无
   
8. *==============================================================================
   
9. */
   
10. u32 gReceCount = 0;   // 接收计数变量
    6 E" ^0 E7 [$ R% E+ W
11. // 接收数组
    
12. // 限制起始地址为0X20001000
    , a, Q% @, Q4 v0 N# v- X7 [! g$ [6 ~2 {% I
13. // 保证偏移量为 0X200的倍数
    $ i/ I0 x" ^) f
14. // 是为了给App留SRAM空间
    
15. u8 gReceFifo[USART_RECE_MAX_LEN]__attribute__ ((at(0X20001000)));
    
16. 
    $ V/ O% p9 c& k! L( t' t
17. void USART1_IRQHandler(void)  
    ' i$ v3 x. X1 z0 S- M
18. {
    
19.     if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)   //接收到一个字节  
    
20.     {
    
21.         if (gReceCount < USART_RECE_MAX_LEN)
    
22.         {
    
23.             gReceFifo[gReceCount++] = USART1->DR;
    
24.         }
    1 a' c+ ]' v1 p9 K1 Y; Q$ n
25.         else
    ' J- ~9 |# f  @* B
26.         {
    
27.             printf ("APP code out of memory!\r\n");
    & ~1 ~/ C& e/ _/ c' t
28.         }
    
29.     }
    " ?! p! f% ~' g& e$ P9 S
30. }

复制代码

5.2 Flash写入程序
% q6 U7 j- j# |关于Flash程序，这里就不在赘述，只是贴一下带检查的写入程序。其他具体内容可以到博主STM32速成笔记专栏查看。
9 q) |; O7 P( R% _, ]& m

1. /*
   . `7 ^6 C5 C4 a: ~' }$ R. Y# Q; m) A
2. *==============================================================================
   
3. *函数名称：Med_Flash_Write
   : B8 W- E3 h  k/ b- B  b& H& g: w6 R
4. *函数功能：从指定地址开始写入指定长度的数据
   9 o. p2 o9 Y* n7 @( E( j5 h7 ~
5. *输入参数：WriteAddr：写入起始地址；pBuffer：数据指针；
   
6.                         NumToRead：写入（半字）数
   0 M) M! s6 |3 x# b- X  v' K) B
7. *返回值：无
   9 n( V& @9 h. ?$ {9 q5 |/ C1 R
8. *备  注：对内部Flash的操作是以半字为单位，所以读写地址必须是2的倍数
   ! F- _9 t4 w* _( {- Y, A" x
9. *==============================================================================
   ! B9 f! o; B0 Z8 M
10. */
    7 b; K/ L5 V  e% N6 r0 k1 \4 K
11. 
    & d& _9 P! |( l& n6 M* B
12. // 根据中文参考手册，大容量产品的每一页是2K字节
    - m/ m2 ^9 l! ?
13. #if STM32_FLASH_SIZE < 256
    
14.     #define STM32_SECTOR_SIZE   1024   // 字节
    
15. #else
    7 ~  D4 B+ e7 [) o& p
16.     #define STM32_SECTOR_SIZE   2048
    
17. #endif
    
18. 
    4 |7 d) M8 ]0 n5 s& {
19. // 一个扇区的内存
    / N1 T2 A1 i0 }, S
20. u16 STM32_FLASH_BUF[STM32_SECTOR_SIZE / 2];
    5 A+ K! {+ n/ `/ a. j5 m
21. 
    
22. void Med_Flash_Write (u32 WriteAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToWrite)
    ) Q7 H* I/ ^. i2 |4 A
23. {
    
24.     u32 secpos;   // 扇区地址
    
25.     u16 secoff;   // 扇区内偏移地址(16位字计算)
    , O4 ^1 U4 K1 _; J: F# S
26.     u16 secremain;   // 扇区内剩余地址(16位计算)   
    
27.      u16 i;   
    7 G2 q2 a7 H3 P! F4 B3 N" p# J+ I/ i
28.     u32 offaddr;   // 去掉0X08000000后的地址
    7 [1 `, s" u& ~0 c
29.    
    : t2 r" X0 J5 l1 U, h$ u4 U' y0 p
30.     // 判断写入地址是否在合法范围内
    , r% P* }* }( s2 I2 K
31.     if (WriteAddr < STM32_FLASH_BASE || (WriteAddr >= (STM32_FLASH_BASE + 1024 * STM32_FLASH_SIZE)))
    
32.     {
    
33.         return;   // 非法地址
    
34.     }
    6 N' A; t$ w% p, L  }, `& K
35.    
    
36.     FLASH_Unlock();   // 解锁
    / V" D6 c. P3 H1 c8 y/ d% Q! D8 z
37.     offaddr = WriteAddr - STM32_FLASH_BASE;   // 实际偏移地址
    - Q  O( D$ J# c! c. t& _- Z% a$ W
38.     secpos = offaddr / STM32_SECTOR_SIZE;   // 扇区地址
    ' z/ `* X$ R  r
39.     secoff = (offaddr % STM32_SECTOR_SIZE) / 2;   // 在扇区内的偏移(2个字节为基本单位)
    
40.     secremain = STM32_SECTOR_SIZE / 2 - secoff;   // 扇区剩余空间大小
    
41.    
    & A" l) }7 V& Y" q8 g0 H3 ?
42.     if (NumToWrite <= secremain)
    
43.     {
      f' v' X5 P/ q1 |9 w7 c
44.         secremain = NumToWrite;   // 不大于该扇区范围
    ! S0 z+ v( |& I
45.     }
    * a' c3 X" x/ L' h
46.    
    - T- d) `" y! a7 \2 s9 z3 e& {
47.     while (1)
    
48.     {
    
49.         // 读出整个扇区的内容
    
50.         Med_Flash_Read(secpos * STM32_SECTOR_SIZE + STM32_FLASH_BASE,STM32_FLASH_BUF,STM32_SECTOR_SIZE / 2);
    ' Z) H1 {1 q" o: g
51.         
    , G$ T+ x$ Z. K) ~9 F6 M
52.         // 校验数据
    
53.         for (i = 0;i < secremain;i ++)
    ; v, k. `: H, O
54.         {
    
55.             // 需要擦除
    2 P0 a7 Y  C$ R
56.             if (STM32_FLASH_BUF[secoff + i] != 0XFFFF)
    6 _0 D& t: C) P2 q# {$ x# W- T
57.             {
    0 ~( K* d$ A1 u- G, p, M
58.                 break;
    , t" e) W. V2 |& z% g0 r6 C
59.             }   
    + k  J4 q1 g0 H$ h
60.         }
    
61.         // 需要擦除
    
62.         if (i < secremain)
    
63.         {
    
64.             FLASH_ErasePage(secpos * STM32_SECTOR_SIZE + STM32_FLASH_BASE);   // 擦除这个扇区
    
65.             
    
66.             // 复制
    % L4 f- e, ~! T% f
67.             for (i = 0;i < secremain;i ++)
    8 s1 ^9 H% O7 n! A' s7 d
68.             {
    
69.                 STM32_FLASH_BUF[i + secoff] = pBuffer[i];   
    
70.             }
    2 G) O8 M1 H! C9 H. ?
71.             
    
72.             // 写入整个扇区
    
73.             Med_Flash_Write_NoCheck(secpos * STM32_SECTOR_SIZE + STM32_FLASH_BASE,STM32_FLASH_BUF,STM32_SECTOR_SIZE / 2);
    . d* V3 D1 p  {% u# p9 R1 |
74.         }
    6 C# b  J, \. m& ]& c( `
75.         else
    
76.         {
    
77.             // 写已经擦除了的,直接写入扇区剩余区间
    ' `: \/ D5 I" n' V( `8 ~; \! o7 F+ x
78.             Med_Flash_Write_NoCheck(WriteAddr,pBuffer,secremain);
    
79.         }
    - C! Y1 G6 c, H' O
80.         
    
81.         if (NumToWrite == secremain)
    
82.         {
    
83.             break;   // 写入结束了
    
84.         }
    $ G  X: ?+ O9 @4 c
85.         // 写入未结束
    % }2 R- ]( N) ~2 u* U
86.         else
    1 ^3 ]/ {/ g3 M* B6 b
87.         {
    ! ?& Y$ Z! M- ?7 `$ y2 b1 M
88.             secpos ++;   // 扇区地址增1
    
89.             secoff = 0;   // 偏移位置为0   
    
90.             pBuffer += secremain;   // 指针偏移
    , a0 T" q; y  s1 X0 Z2 A# R
91.             WriteAddr += secremain;   // 写地址偏移   
    
92.             NumToWrite -= secremain;   // 字节(16位)数递减
    
93.             if (NumToWrite > (STM32_SECTOR_SIZE / 2))
    
94.             {
    
95.                 secremain = STM32_SECTOR_SIZE / 2;   // 下一个扇区还是写不完
    
96.             }
    
97.             else
    - \& [/ V- G9 o3 k3 A+ v
98.             {
    - p% I# T% H$ \* K3 g  ~- D9 X( R& o
99.                 secremain = NumToWrite;   // 下一个扇区可以写完了
    1 w4 M3 }3 d* U! x2 l9 Q. d6 p
100.             }
     
101.         }  
     7 V4 p8 r& Y: `% f( Q
102.     }
     
103.     FLASH_Lock();   // 上锁
     
104. }

复制代码

; n) _" A) V' {+ a; K. Z1 Q$ X5.3 IAP程序
) v0 }& \" B% u% a* S  ^+ f* `IAP程序包含两部分，一部分是将接收到的.bin文件写入Flash，另一部分是跳转到App执行。

1. /*
   
2. *==============================================================================
   
3. *函数名称：iap_write_appbin
   
4. *函数功能：写入.bin文件
   
5. *输入参数：appxaddr：App程序起始地址；appbuf：缓存App程序的数组；
   
6.                         appsize：App程序大小
   
7. *返回值：无
   
8. *备  注：无
   
9. *==============================================================================
   / N8 i  Y! M1 e# [% p
10. */
    
11. // 对Flash操作的最小单位是16位
    ( c  x/ _# {1 m5 p
12. u16 iapbuf[1024];   // 要写入Flash的内容
    
13. 
    
14. void iap_write_appbin (u32 appxaddr,u8 *appbuf,u32 appsize)
    , [: \% J* ~( l0 m
15. {
    ( s7 Z, S- O" z4 C7 r
16.     u16 t;   // 临时循环变量
    
17.     u16 i = 0;   // 自增索引
    
18.     u16 temp;   // 临时计算变量
    
19.    
    
20.     u32 fwaddr = appxaddr;   // 当前写入的地址
    ! U) E: G9 u& d! A* K; ^
21.     u8 *dfu = appbuf;   // 指向App代码数组首地址的指针
    
22.    
    
23.     // for循环，2K为单位进行写入
    
24.     for(t = 0;t < appsize;t += 2)
    1 a' Q9 C# g- e
25.     {  
    3 d8 o" V& K9 Q
26.         temp = (u16)dfu[1] << 8;
    ( |7 |/ R7 q6 j! s
27.         temp += (u16)dfu[0];   
    
28.         dfu += 2;   // 偏移2个字节
    + `/ [& t- @( b6 E: n: x
29.         iapbuf[i++] = temp;     
    
30.         if(i == 1024)
    . j3 _* @! j  p
31.         {
    " H# q1 E: [0 ]* Q- J+ B* Q5 I
32.             i = 0;
    
33.             Med_Flash_Write (fwaddr,iapbuf,1024);
    
34.             fwaddr += 2048;   // 偏移2048  16=2*8所以要乘以2
      X; p, a* V% R2 i
35.         }
    & c' ^+ j" Q  N, e0 r9 F' O5 j" Z
36.     }
    + [' Q2 q/ u% A& \# V- Y$ v# d1 h8 }
37.     if(i)
    
38.     {
    
39.         Med_Flash_Write (fwaddr,iapbuf,i);   // 将最后的一些内容字节写进去
    
40.     }
    
41. }
    9 @* v% d& g6 \. |: Z
42. /*
    
43. *==============================================================================
    
44. *函数名称：iap_load_app
    
45. *函数功能：跳转到App
    
46. *输入参数：appxaddr：App程序起始地址
    6 P2 d& _, A: U# Z+ L- D$ Y4 {1 O
47. *返回值：无
    
48. *备  注：无
    
49. *==============================================================================
    
50. */
    1 f# ?9 i  J- j
51. iapfun jump2app;
    
52. 
    , K7 ~" }. M) v, y! W
53. void iap_load_app (u32 appxaddr)
    
54. {
    
55.     if(((*(vu32*)appxaddr)&0x2FFE0000)==0x20000000)   // 检查栈顶地址是否合法
    9 F8 X/ i+ L3 H# q" V0 D
56.     {
    + `. F! N8 B/ {% E3 u
57.         jump2app=(iapfun)*(vu32*)(appxaddr+4);   // 用户代码区第二个字为程序开始地址(复位地址)  
    " V) x: }3 Q8 U+ x) S# H2 [9 z2 h
58.         MSR_MSP(*(vu32*)appxaddr);   // 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)
    
59.         jump2app();   // 跳转到APP
    & V! r$ P5 X6 p( L7 G/ s9 @" l
60.     }
    % A* M- w0 f2 Y
61. }

复制代码

1 G: U% F7 Y- i" u5.4 main函数
3 R( S/ t8 Q" Y  Rmain函数设计如下

1. int main(void)
   * |" Z# Q, c8 W) q" ?7 ~
2. {
   
3.     u32 curRecCunt = 0;   // 当前接收数量
   
4.    
   % ?& f) F& M, R
5.     // 设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
   * B* S7 X4 K6 j$ j
6.     NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
   
7.     delay_init();   // 延时初始化
   
8.     uart_init(115200);   // 串口初始化
   6 M: C$ g& z, Y8 c
9.    
   
10.     printf ("Enter the Bootloader Code!\r\n");
    1 c4 z. _# ]3 k: s( J+ d: }& I
11.    
      B4 n% u$ y( x0 n; N
12.     while(1)
    0 M+ A$ b+ f, }7 j  Z* g% J* x1 c
13.   {
    $ F- E- `" S7 p/ V! h8 R' {/ m
14.         // 如果接收到内容且传输完成
    
15.         if (curRecCunt == gReceCount && gReceCount != 0)
    ' J# W! @$ A# t+ d
16.         {
    7 @0 _: o* k/ I1 O. O. @  m7 a
17.             printf ("App Code reception complete!\r\n");
    1 D# |' Z7 v( O% Y  E5 N7 [
18.             printf ("The length of the received App code is %d!\r\n",gReceCount);
    
19.             
    + Q8 w; X* H7 g4 p8 L" \3 T  Z
20.             // 开始准备写入Flash
    
21.             if(((*(vu32*)(0X20001000+4)) & 0xFF000000) == 0x08000000)   // 判断是否为0X08XXXXXX.
    2 H& R/ y0 \5 Q# ~2 I2 Q  t1 B
22.             {
    
23.                 iap_write_appbin(FLASH_APP1_ADDR,gReceFifo,gReceCount);   // 更新FLASH代码  
    4 t" [5 t0 k/ U# q3 b
24.                 gReceCount = 0;   // 清零接收计数变量
    
25.                 printf("Update complete!\r\n");
    
26.             }
    ) V  J6 [# k) C- U  N
27.             else
    0 P+ y4 R8 G5 M& e4 w/ s1 H: I
28.             {
    6 D; x( M) a4 Y! c
29.                 printf("Update error!\r\n");
    8 {, }2 V$ K  @& Z
30.             }
    
31.             
    # w$ c" S: z/ L7 B1 w& E4 v
32.             // 准备跳转App执行
    - l# l. F' |% I. Z) v8 M# u
33.             if(((*(vu32*)(FLASH_APP1_ADDR+4))&0xFF000000)==0x08000000)   //判断是否为0X08XXXXXX.
    
34.             {
    & S4 \" t* [( t
35.                 printf("Enter App!\r\n");
    
36.                 iap_load_app(FLASH_APP1_ADDR);   //执行FLASH APP代码
      g- p- D& }7 Q, m: U) `& p- u/ O
37.             }else
    + d2 s; Z' |) f/ o
38.             {
    7 J* b0 B  b4 f9 X# l7 {# |; |; S
39.                 printf("Enter error!\r\n");
    2 f( |- M+ a/ H; n' U5 Y
40.             }
    . g5 t5 p; g/ ^, s9 J
41.         }
    7 s$ B7 F1 c: t4 }6 I; I
42.         else   // 未传输完成
    % o1 D) L$ ~3 J: e
43.         {
    
44.             curRecCunt = gReceCount;   // 更新当前接收数量
    : D+ U+ J2 U4 y0 d6 U6 J
45.             // 延时一定要有，给串口中断留出时间
    
46.             // 如果没有会导致接收不完全
    4 B" x: U: ^1 E. R$ c2 h  h
47.             delay_ms(10);
    8 L) |4 k1 ~% a% a, p: Z' S- t/ D
48.         }
    8 P& X, o6 ^6 d0 A! Y9 K( J! d
49.     }
    - b& \- o1 x: O, l; K% u
50. }

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6 ~/ ?+ S: t7 e六、注意事项
1 t1 k! J& U1 ^需要注意的是，上面的程序中App程序是从0x8010000开始，需要配置好程序起始地址和中断向量表偏移。

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