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
  
  4 Y3 j# U$ X. r' Y: _

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:
  
  " b3 B: B) D2 s2 y8 v. p

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:
  
  / b/ V% T3 @# ~9 q( N& s9 O6 n+ B# H: e2 I7 G

1. 1/* 采用汇编设置栈的值 */
   # E& ^" e5 Y6 J, Z" _$ ^+ i
2. 2__asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
   4 a8 E3 z* G/ h! s5 L" `( o  I
3. 3{
   
4. 4    MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值
   
5. 5    BX r14
   4 m9 N6 V2 r2 ~+ w
6. 6}
   # F  f1 {$ k; k( f
7. 7
   + O) z! w( j& i; G9 |- f
8. 8
   
9. 9/* 程序跳转函数 */
   
10. 10typedef void (*Jump_Fun)(void);
    8 T2 r7 @, G5 c4 h# S
11. 11void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
    
12. 12{
    ' s6 j" `* t$ j# G) Q4 V
13. 13  Jump_Fun JumpToApp;
    4 C7 K+ N' P( F' }  s" g
14. 14
    ) A6 l, m* |! {( S
15. 15  if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 )  //检查栈顶地址是否合法.
    * b# T0 t! e- D& E
16. 16  {
    $ Y9 f4 Q9 A( [" Y- i
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)
    
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
  
  

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：
  
  9 W8 Y; j" P9 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
  
  7 I  |: r5 \* a! U

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
  
  + X! x; C: {0 g+ J2 n, d' }0 m% E& Y5 n

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/**
   $ o# ^3 S  k! c. o% o" Q
2. 2 * @bieaf YModem升级
   1 o* J8 ~) M7 o9 Y0 r
3. 3 *
   $ C, e  G+ X" e" H
4. 4 * @param none
   7 D+ g; f' e  Y* H
5. 5 * @return none
   
6. 6 */
   . _$ U8 S- v$ ~
7. 7void ymodem_fun(void)
   
8. 8{
   # @- s8 Q9 ?( Q# ~( O* Z3 m6 X6 T
9. 9    int i;
   * H/ m& ^: Y9 }) R% c; f
10. 10    if(Get_state()==TO_START)
    8 \! E* t* K% m8 _% M9 b
11. 11    {
    
12. 12        send_command(CCC);
    4 j. M  ~* o' M( w6 v9 f
13. 13        HAL_Delay(1000);
    
14. 14    }
    * w7 g- }4 I4 J4 A; M% J
15. 15    if(Rx_Flag)     // Receive flag
    
16. 16    {
    7 x8 v  F& h! \9 h) f! p
17. 17        Rx_Flag=0;  // clean flag
    . `% j2 D, {( c! ]
18. 18
    + Z5 B6 ?4 H, d( ]+ x3 ^* n
19. 19        /* 拷贝 */
    
20. 20        temp_len = Rx_Len;
    - e0 p: k- ~* n/ a5 |
21. 21        for(i = 0; i < temp_len; i++)
    
22. 22        {
    
23. 23            temp_buf = Rx_Buf;
    2 a; S& J6 W' ]: B" J6 q# N! ^
24. 24        }
    $ P9 u* V$ A$ _: D2 |/ F  V! f
25. 25
    " t' `% ]$ I" W
26. 26        switch(temp_buf[0])
    8 _# J6 j0 ]& e  j- j
27. 27        {
    
28. 28            case SOH:///<数据包开始
    ( V  v; L% g$ {" B- Q
29. 29            {
    # v7 t6 b( x: u
30. 30                static unsigned char data_state = 0;
    0 r2 a1 J9 T7 D
31. 31                static unsigned int app2_size = 0;
    ; P3 U4 F5 {3 y, J* P  w& @7 D" t, q
32. 32                if(Check_CRC(temp_buf, temp_len)==1)///< 通过CRC16校验
    
33. 33                {                  
    
34. 34                    if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始
    # F, `% k$ q" o+ W9 Z8 Z: ?
35. 35                    {
    
36. 36                        printf("> Receive start...\r\n");
    " z/ v9 ~( ?7 v2 O6 E: l0 J
37. 37
    
38. 38                        Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
    4 L2 d2 \  G- x/ G5 F! u
39. 39                        data_state = 0x01;                     
    
40. 40                        send_command(ACK);
    
41. 41                        send_command(CCC);
    
42. 42
    
43. 43                        /* 擦除App2 */                           
    # A, K1 |; J7 |% Y) `
44. 44                        Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    ( X% R& y7 A& p! v2 o( V
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
    * |4 N/ h" G4 [, ^8 a7 U5 z2 O. _, h
47. 47                    {
    
48. 48                        printf("> Receive end...\r\n");
    
49. 49
    
50. 50                        Set_Update_Down();                     
    
51. 51                        Set_state(TO_START);
    
52. 52                        send_command(ACK);
    ; d1 S" ?+ G6 j6 {2 ^& A; o
53. 53                        HAL_NVIC_SystemReset();
    
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 p6 d9 ?  W( }2 z4 r
57. 57                        printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    
58. 58
    ; @6 K; j; p+ P& R# N0 T; i
59. 59                        /* 烧录程序 */
    * S: Y5 L) O, ?. [6 G
60. 60                        WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
    
61. 61                        data_state++;
    % j/ g* ~6 {7 Q" X3 p
62. 62
    
63. 63                        send_command(ACK);      
    
64. 64                    }
    
65. 65                }
    
66. 66                else
    
67. 67                {
    
68. 68                    printf("> Notpass crc\r\n");
    0 L) H8 [- G3 \* p7 R" T& o
69. 69                }
    
70. 70
    
71. 71            }break;
    
72. 72            case EOT://数据包开始
    3 }* D9 J0 r3 u( O. m
73. 73            {
    8 |5 q8 d- w3 [3 ^
74. 74                if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    
75. 75                {
    
76. 76                    printf("> Receive EOT1...\r\n");
    : n( c5 y3 m% m
77. 77
    
78. 78                    Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                 
    8 J' D* c- v6 _3 o' g
79. 79                    send_command(NACK);
    ; R8 N: V2 A3 W2 K* x( ]
80. 80                }
    . H% C* h: x; U9 o5 I) K/ E3 w
81. 81                else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    . t" D/ e" x" j2 M/ ?7 ]
82. 82                {
    . Q$ x3 u! g% v* Q. q$ T
83. 83                    printf("> Receive EOT2...\r\n");
    
84. 84
    1 {2 ]& g% T* c# R
85. 85                    Set_state(TO_RECEIVE_END);                  
    
86. 86                    send_command(ACK);
    
87. 87                    send_command(CCC);
    - h+ v! ]) l7 A2 D# P& X
88. 88                }
    : H9 `9 n6 P# m- F( T+ }4 z8 q' `2 r- @
89. 89                else
    
90. 90                {
    ' Y( v6 c1 k1 V' i/ D2 X8 ~
91. 91                    printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    
92. 92                }
    7 K/ ?- n9 \9 _2 q/ k4 z$ ?" \3 v
93. 93            }break;
    
94. 94        }
    
95. 95    }
    " {9 ]" n- j2 R# y/ H0 w
96. 96}</font>

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.
  

4. 整体测试
! B: w0 d0 D$ Y5 N9 X9 E# B7 S3 F( k1 A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」。
  7 A, o' j/ w& u8 b8 K

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)
  & e% c& r( Z! t, X# a) P

• 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
  ) i! B2 t+ W' c2 s

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
  

" K/ E' F% V. 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
• 说明BootLoader已经成功跳转到版本号为0.0.1的App1
  , _/ d# ^" }3 T* l* d* `. |! S

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
  , ^9 t6 _3 D) ?+ K8 P/ C' e( x

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!
  

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。
$ A% r3 @" {8 U



* {2 B: E& Y- d# }4 g7 L* A, {& P
8 T. ?5 E$ o& S. Z( ~7 }- }0 v

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