简介
本文主要讲解在线升级(OTA)的基础知识, 主要是针对IAP OTA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OTA的认识.

/ r' E9 d9 c) |* Z# q
1. OTA基础知识
什么是BootLoader?
2 b; D$ y; {) U' T. p' dBootLoader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

  q5 l; t- E7 q) ~( e: C

" n, k, z! ~0 I" G, s
接下来就可以进入正题了.

进行分区
  p: Y# F( a- @- W# }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:
, N' ]4 b, L; |& e! k
4 E: _* ?9 E7 i  C( A

0 M$ S6 y) C" \. A- d0 M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:
$ w8 b% N8 o, P7 r; YBootLoader区存放启动代码
App1区存放应用代码
& B. b% Q% W& K% RApp2区存放暂存的升级代码
1 B" v6 K$ z3 ^, J
3 R. X" H5 ^9 U- a2 C* _0 l' r. I: [

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.
: }9 D7 [$ e7 t/ l4 x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.

+ c$ I0 b) _$ Y' n, ?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:
7 `) m4 G1 r. ]" N/ |' `8 J/ T

# p$ |, ~3 n0 P) e" k! k
2. BootLoader的编写
, E: z, N! ^4 V/ C7 m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。

$ J' H- |6 V+ Y- H* ^/ V流程图分析
/ ~: p) F# k9 p: w以我例程的BootLoader为例：
4 q/ p/ ?* n; D5 H( M! C5 @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

* V, i! U9 H. p1 i3 _6 R

5 p/ D6 M1 l) x* |7 x$ _) N
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 Z" W1 B& j2 s, q) Y; L

1. /* 采用汇编设置栈的值 */
   1 ]4 m4 M8 M8 _0 Q) b* l) n
2. __asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
   
3. {
   . W$ W/ X0 {% q! Y
4.     MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值
   . y  u/ w0 {7 [0 P  u
5.     BX r14
   ( H; W5 f9 A* k: Z* u
6. }
   
7. 
   4 M: `& w  g- J- Z# P* C8 r
8. 
   1 A  d- Y) U! }* x$ t7 X9 D9 @- ?/ I4 o+ L8 i
9. /* 程序跳转函数 */
   : y2 H- O! ~7 p
10. typedef void (*Jump_Fun)(void);
    " W0 x3 _+ T0 g( c9 Y* |
11. void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
    - Q. i4 f6 e* R9 i  Z( X
12. {
    0 `1 g4 e, j3 V  Y
13.   Jump_Fun JumpToApp;
    
14. 
    4 ]/ d7 B3 `/ a( O- @) K8 ?- [
15.   if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 )  //检查栈顶地址是否合法.
    
16.   {
    
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)
    ) l! O3 U7 k& E* ~+ ^& B3 D
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)
    . e) ]5 F$ J% T' F7 U
19.     JumpToApp();                                                //跳转到APP.
    8 z# Z$ C+ a* _' Z$ o  t/ Z5 M
20.   }
    9 }+ W( P. g$ ]: n) K8 s# c! t
21. }

复制代码

* H" X: }# {$ f# L4 Q在需要跳转的地方执行这个函数就可以了IAP_ExecuteApp(Application_1_Addr);
, N3 g7 N' l! N其他的代码请参考BootLoader源代码
6 Q" [  m8 t0 Z6 g( N3 |9 g
, W+ \8 z) G; p6 k) T; V% h4 n3. APP的编写
! T( D; |5 c$ h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。

  |" A' B4 B5 ]* p" N+ t( d
" p+ v' u- H! r1 A6 I流程图分析
' W3 d& M% |! m7 t; H# \. C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：

6 ^4 z6 g, Y" e# A/ S) d0 M

  V+ p- P( ]6 F; y: @. t
程序编写和分析
; ]$ k7 }' X- p) E. h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
3 _: p# V  I% ~+ {; O/ s. o; k) K百度百科[Ymodem协议]
7 Q! Z$ C: ^( B6 p- v0 z0 M( y5 l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
5 ^4 ?$ z/ Q* }4 a) d4 Z+ Y/ L$ g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
/ r/ y; O1 I& x' C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
  @/ z/ T( N' @7 c' Y

# t' e2 _+ Q' g7 {. Q
& x: @- m3 Y1 j2 O' ]# K打印版本信息以及跳转指令
7 a; s4 J! h+ o% H, ^2 z, _9 ]0 W

. f9 L4 E' r  o; nYModem相关的文件接收部分

1. 
   5 |+ h9 }( M$ X
2. /**
   
3. * @bieaf YModem升级
   
4. *
   , N; y4 {9 M2 ~
5. * @param none
   # U) G% N! i: u7 V. B- U; M  X
6. * @return none
   . r& ~- R; A" w7 o9 u/ l; g, K
7. */
   % b/ f5 @5 I. t. C
8. void ymodem_fun(void)
   
9. {
   8 i  Q* _& F. k+ H* f6 C8 k8 d
10.         int i;
    
11.         if(Get_state()==TO_START)
    # q0 _# _8 a' X2 U8 T
12.         {
    
13.                 send_command(CCC);
    * |+ M; \& l: Y1 W$ ]4 v
14.                 HAL_Delay(1000);
    " z: ~3 d! ^- a
15.         }
    
16.         if(Rx_Flag)            // Receive flag
    * M8 \* F" [" n. G
17.         {
    + Z- L: \; F2 r* s" G+ l, z
18.                 Rx_Flag=0;        // clean flag
    $ m# l, A/ ^3 ^$ n
19.                                 
    
20.                 /* 拷贝 */
    ) }6 q# z4 Z* r$ U2 U
21.                 temp_len = Rx_Len;
    
22.                 for(i = 0; i < temp_len; i++)
    
23.                 {
    $ \% \% V* i. a8 p
24.                         temp_buf[i] = Rx_Buf[i];
    
25.                 }
    
26.                
    5 j) {; v% U5 I- B
27.                 switch(temp_buf[0])
    
28.                 {
    
29.                         case SOH:///<数据包开始
    
30.                         {
    
31.                                 static unsigned char data_state = 0;
    
32.                                 static unsigned int app2_size = 0;
    9 n- ^1 w* R, w
33.                                 if(Check_CRC(temp_buf, temp_len)==1)///< 通过CRC16校验
    
34.                                 {                                       
    7 l' y4 R9 j# _: q: D: e
35.                                         if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始
    : S* f" n3 I: y, g; z
36.                                         {
    ; h/ t1 A$ S3 h0 I! T0 a
37.                                                 printf("> Receive start...\r\n");
    
38. 
    
39.                                                 Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
    6 S- t- o6 T- d3 D
40.                                                 data_state = 0x01;                                                
    : [8 [. j. m9 d9 h) ?: V4 f
41.                                                 send_command(ACK);
    
42.                                                 send_command(CCC);
    : S4 U; k3 ^2 S0 |. |% J5 H
43. 
    
44.                                                 /* 擦除App2 */                                                        
    
45.                                                 Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    5 }) z1 g% R- P- L  O0 ~
46.                                         }
    " ]9 n$ A" S9 E* j/ ?
47.                                         else if((Get_state()==TO_RECEIVE_END)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 结束
    ) y: X  Z" C& m2 y) {3 K( x" B
48.                                         {
    
49.                                                 printf("> Receive end...\r\n");
    
50. 
    3 {) L; _" O4 ~: {' w" F& B1 a# R4 d
51.                                                 Set_Update_Down();                                                
    
52.                                                 Set_state(TO_START);
    
53.                                                 send_command(ACK);
    
54.                                                 HAL_NVIC_SystemReset();
    3 l8 C+ i- k3 [7 ^, ]3 T/ Q! q
55.                                         }                                       
    
56.                                         else if((Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)&&(temp_buf[1] == data_state)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 接收数据
    & |( ^9 h- ^) D3 h5 Q  j: d3 j
57.                                         {
    
58.                                                 printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    
59.                                                 
    
60.                                                 /* 烧录程序 */
    . t6 T. Q: w( }9 ]  U
61.                                                 WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
    
62.                                                 data_state++;
    
63.                                                 
    
64.                                                 send_command(ACK);               
    
65.                                         }
    , K2 |; i2 r) z3 i$ Y7 Q
66.                                 }
    
67.                                 else
    
68.                                 {
    
69.                                         printf("> Notpass crc\r\n");
    
70.                                 }
    
71.                                 
    6 n4 E& J3 @, U! U
72.                         }break;
    ) B0 o' C2 c; r, j* _% C2 q7 p
73.                         case EOT://数据包开始
    
74.                         {
    
75.                                 if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    
76.                                 {
    
77.                                         printf("> Receive EOT1...\r\n");
    + `/ l9 X  H& G/ t+ k
78.                                        
    
79.                                         Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                                       
    
80.                                         send_command(NACK);
    
81.                                 }
    & ?& y* o3 }1 R
82.                                 else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    : h+ k7 _+ J/ @# L9 a) q! A
83.                                 {
    
84.                                         printf("> Receive EOT2...\r\n");
    6 c3 l0 e, k+ d: m/ _3 y7 c
85.                                        
    . O1 H1 T+ r' b8 y$ l* q- y" m
86.                                         Set_state(TO_RECEIVE_END);                                       
    . s% E' c9 b4 u" d% ~% M) y
87.                                         send_command(ACK);
    # E; H1 V# S  z: z* V# N/ H
88.                                         send_command(CCC);
    
89.                                 }
    7 [+ P3 K. ~( C
90.                                 else
    
91.                                 {
    
92.                                         printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    
93.                                 }
    : }& @& o& m% ]2 m  t
94.                         }break;        
    # A/ H; z$ Q7 d) A; ^
95.                 }
    6 _, l1 U3 S- J  p" F* Y; H
96.         }
    
97. }

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.

2 ^" j! [1 r7 h0 U
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。

# k- w4 l+ B- X9 t% d2 Z2 J' \源代码
BootLoader源代码和App1源代码可以在原作者的gitee获取

代码的下载
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」。

( [) W5 Z" m& A. C4 S3 j* m( |/ a

, ~/ {) L5 _- d( _# j! a- d
; c2 O* {( P) pBootLoader的下载
4 k, k& |, G' [2 X2 T6 {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
9 P: U0 A8 O3 u2 T& L按照下图, 修改擦除方式为Erase Sectors, 大小限制在0X5000(20K)
$ ^, C+ b+ D) l$ D  V6 W2 d
* F/ g1 G  W( U" ~

" H/ v2 v6 ^1 E0 M. j% ~  D

烧录代码
运行, 通过串口1打印输出, 会看到以下打印消息
8 I) Y. j* C2 m/ J0 g. M说明BootLoader已经成功运行

5 j: _- ^! f( v5 W* u
) V: l2 t1 g4 f  U0 x; T& z; QApp1的下载
5 F- r( H! v6 J. q3 K- RApp1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
/ c: }% g. D1 h4 ^; m5 \

" V' Z3 e) R& \8 H! U( s) ]( x

! Q  @" G# ]8 f1 o) T* T

1 T# ^! V& v8 x* ~( z! D. C
+ y& w3 D  x" }$ Y8 Y烧录代码
+ G/ [9 h6 O7 S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( M! d  @  G. y: L2 K

; K1 _# K1 v1 E
' ?  T- Z. C  t+ j7 \- n生成App2的.bin文件
Keil生成.bin文件
9 x; |# ]% W0 \3 x% F1 g
修改代码, 把版本号改为0.0.2, 并且编译并且生成.bin文件
: c4 d) A( {7 c3 H- ~( p: P
; w' ?5 o) a5 s4 h8 Y8 d/ Z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
5 X2 Y: H* }' {% |# D1 g1 G
! V5 D2 l6 _  _3 @$ i  W$ E

8 _# h9 U* }0 G! O( C使用Xshell进行文件传输
打开Xshell
2 h, Q( j- J( W' \, p" {) {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
( ~/ w( ~- ]( K7 _4 T" d. M- {+ W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!
/ ]* m+ _3 `, B1 E0 m' V% o
5. 总结
4 [; K, }5 |! W7 J; J3 e5 P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.
" u" \% D9 s9 B; o
转载自： IOT全栈技术
4 _. g1 {4 `$ Y9 w如有侵权请联系删除

你好，有程序源码或者链接吗