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.

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
  
  , s, t; m/ y0 J) M5 {! U

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:
  
  0 z# v( T3 m9 |; t4 x6 |! x& f. s

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

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:
  
  # s! s' Y1 h5 }- T

1. 1/* 采用汇编设置栈的值 */
   % _$ f. d" Z; d  K& }1 I) q8 L
2. 2__asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
   : h' r3 G! F# @
3. 3{
   ; w# q# }! t4 T4 p
4. 4    MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值
   6 v% _/ x8 x, _5 }8 z6 k# o6 Q1 a
5. 5    BX r14
   2 f; I6 H, o% Q  h
6. 6}
   + U. T( j+ K* ]7 a+ s( G' S
7. 7
   
8. 8
   5 D4 E$ t+ k: K  h7 R6 Q
9. 9/* 程序跳转函数 */
   
10. 10typedef void (*Jump_Fun)(void);
    
11. 11void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
    
12. 12{
    
13. 13  Jump_Fun JumpToApp;
    2 Z6 a+ \, r. e2 J7 v5 Q
14. 14
    
15. 15  if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 )  //检查栈顶地址是否合法.
    ) I2 X3 Q3 i5 K! Q( i! B5 w
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)
    
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)
    1 ^3 O( q' B& U( q7 i: z* r# u
19. 19    JumpToApp();                                                //跳转到APP.
    + |: \* s+ ]6 m: }1 @
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
  
  ) [: R6 n5 i2 P) u5 y7 c' k

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, w* k; N8 n$ B. U7 X: D% M1 s

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
  
  

, l; x0 c* d+ Q8 s" l) x5 H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
  

• 打印版本信息以及跳转指令
  

• YModem相关的文件接收部分
  

1. <font color="#000000" face="Tahoma" size="2">1/**
   
2. 2 * @bieaf YModem升级
   
3. 3 *
   
4. 4 * @param none
   ! J8 ?$ ]; e6 W+ ~# ^" J
5. 5 * @return none
   
6. 6 */
   " C- v" r; Y* R9 n
7. 7void ymodem_fun(void)
   , c" H8 k" D( S# V& }8 `
8. 8{
   / a. H; g: P4 I9 U
9. 9    int i;
   2 f) l2 s* k. u
10. 10    if(Get_state()==TO_START)
    
11. 11    {
    ) y0 ]* i3 I+ Z- h
12. 12        send_command(CCC);
    
13. 13        HAL_Delay(1000);
    9 A$ b) A0 |3 i
14. 14    }
    
15. 15    if(Rx_Flag)     // Receive flag
    ; T8 M1 s7 L0 t* V- j! P- ^; G: s
16. 16    {
    
17. 17        Rx_Flag=0;  // clean flag
    
18. 18
    
19. 19        /* 拷贝 */
    
20. 20        temp_len = Rx_Len;
    
21. 21        for(i = 0; i < temp_len; i++)
    
22. 22        {
    8 C/ K. W0 l2 p2 W, L7 g
23. 23            temp_buf = Rx_Buf;
    
24. 24        }
    
25. 25
    $ k& H- I  w, K* Y3 s7 H0 E
26. 26        switch(temp_buf[0])
    ; k$ y- f1 g, q$ b4 M, k/ ^
27. 27        {
    / i, U* A1 w$ m' M8 v
28. 28            case SOH:///<数据包开始
    1 {# R! F' E; K+ L; ]
29. 29            {
    / r4 }! W! j0 q; l+ {# n
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
    
33. 33                {                  
    ' {/ u( g4 w" W- Y8 c! I2 G. o
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;                     
      s  Q7 J) J/ y' w
40. 40                        send_command(ACK);
    
41. 41                        send_command(CCC);
    : z% Z  [& q8 P/ }+ z4 ^  I
42. 42
    
43. 43                        /* 擦除App2 */                           
    # o3 h' W- X9 S! h' r2 `8 ^
44. 44                        Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    8 k/ F6 L& I* Y# m
45. 45                    }
    * L5 Y, {+ U' m1 I$ E
46. 46                    else if((Get_state()==TO_RECEIVE_END)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 结束
    8 ^1 d' ?# I1 t" L& G
47. 47                    {
    
48. 48                        printf("> Receive end...\r\n");
    $ K# W- ~5 h: P6 L3 j8 F
49. 49
    
50. 50                        Set_Update_Down();                     
    
51. 51                        Set_state(TO_START);
    / F2 j" I; T) o. i& X% ?8 p) U
52. 52                        send_command(ACK);
    
53. 53                        HAL_NVIC_SystemReset();
    # o4 }& b/ c) c7 t& Z" G5 v& `6 Q! d
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                    {
    4 o# x% {9 H( I
57. 57                        printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    8 e) j3 v$ R8 ^, @/ _) x) M
58. 58
    
59. 59                        /* 烧录程序 */
    . d* G  Q% ?3 J* Y) K
60. 60                        WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
    & y' X3 D4 Y2 ^/ m
61. 61                        data_state++;
    8 p4 D( c+ C8 e3 P) u; l
62. 62
    7 k/ _  a; T  |+ K9 F3 x
63. 63                        send_command(ACK);      
    
64. 64                    }
    
65. 65                }
    2 `, W' H8 @0 E
66. 66                else
    
67. 67                {
    
68. 68                    printf("> Notpass crc\r\n");
    , J1 J  {% Y3 _" L# U  ]' C6 P9 H
69. 69                }
    
70. 70
    
71. 71            }break;
    
72. 72            case EOT://数据包开始
    9 U: }9 K) C- m4 W- {' P
73. 73            {
    
74. 74                if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    5 Z% ?; |3 }- L
75. 75                {
    7 z. n! N$ [4 ?3 |6 T- z
76. 76                    printf("> Receive EOT1...\r\n");
    
77. 77
    
78. 78                    Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                 
    
79. 79                    send_command(NACK);
    
80. 80                }
    5 b% s( q- Y" E: [3 f9 \6 i
81. 81                else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
      R1 C' f0 G! `7 ?" s# v) I
82. 82                {
    , `5 ^: n" @+ Z0 i7 P/ P# r
83. 83                    printf("> Receive EOT2...\r\n");
    
84. 84
    6 u' A+ x( W  P# C) r) v
85. 85                    Set_state(TO_RECEIVE_END);                  
    8 V; P$ V+ h3 j/ t
86. 86                    send_command(ACK);
    / @( |" Q7 b% v1 s. y2 y6 z! c$ b
87. 87                    send_command(CCC);
    
88. 88                }
    " N0 k/ g1 K, O$ {
89. 89                else
    + l, X; S! a: S" w
90. 90                {
    
91. 91                    printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    . a3 P8 t  X9 F6 }2 i6 T! N* C7 W
92. 92                }
    . n3 X6 R, _( f! b1 X7 ^9 p
93. 93            }break;
    ! o3 A2 r" b. Y. o2 A. I
94. 94        }
    7 w. Y: P/ L- v9 g9 F4 h* s, T
95. 95    }
    
96. 96}</font>

复制代码

7 r2 _3 ?# L% F1 P

• 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.
  " ?8 k# L) E! P" g9 f9 Q

+ f2 u" `  C9 f4 Z% i! b
4. 整体测试
! v8 g$ d- v7 Y' ~  y" u9 g本节主要对前三节的教程做测试验证 BootLoader + App的升级功能。

• 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」。
  " `9 O2 H& m7 ]

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)
  $ c! E0 ~" z( w/ w* i4 d0 c

• 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
  ' }# Z; r. i/ W7 g# h

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
  

2 R* m, ?5 ]/ b- ]" s

• 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
  " q5 \+ T' e/ w- G5 q

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
  7 h% X' a: d' _# U

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!
  " k9 ?( i9 P3 n3 _

5. 总结通过本几节的教程, 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。


' g; c# D7 M; t( c5 f9 S, t8 w
1 ~( B8 ^# B4 w4 [* F
6 G; t: R; d9 A& [/ |

请问源码链接在哪？

manfred_hui 发表于 2024-7-11 11:26
请问源码链接在哪？

兄弟，源码在哪下载