【经验分享】详解STM32在线IAP升级

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STMCU小助手发布时间：2021-11-7 18:26

文章
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文章简介:	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.

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

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:

$@I}5{5AT9RAE)FTXXO$ZR_D.png$

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:

1/* 采用汇编设置栈的值 */
2__asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
3{
4 MSR MSP, r0 //设置Main Stack的值
5 BX r14
6}
7
8
9/* 程序跳转函数 */
10typedef void (*Jump_Fun)(void);
11void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
12{
13 Jump_Fun JumpToApp;
14
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)
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 JumpToApp(); //跳转到APP.
20 }
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：

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

打印版本信息以及跳转指令

YModem相关的文件接收部分

<font color="#000000" face="Tahoma" size="2">1/**
2 * @bieaf YModem升级
3 *
4 * @param none
5 * @return none
6 */
7void ymodem_fun(void)
8{
9 int i;
10 if(Get_state()==TO_START)
11 {
12 send_command(CCC);
13 HAL_Delay(1000);
14 }
15 if(Rx_Flag) // Receive flag
16 {
17 Rx_Flag=0; // clean flag
18
19 /* 拷贝 */
20 temp_len = Rx_Len;
21 for(i = 0; i < temp_len; i++)
22 {
23 temp_buf = Rx_Buf;
24 }
25
26 switch(temp_buf[0])
27 {
28 case SOH:///<数据包开始
29 {
30 static unsigned char data_state = 0;
31 static unsigned int app2_size = 0;
32 if(Check_CRC(temp_buf, temp_len)==1)///< 通过CRC16校验
33 {
34 if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始
35 {
36 printf("> Receive start...\r\n");
37
38 Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
39 data_state = 0x01;
40 send_command(ACK);
41 send_command(CCC);
42
43 /* 擦除App2 */
44 Erase_page(Application_2_Addr, 40);
45 }
46 else if((Get_state()==TO_RECEIVE_END)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 结束
47 {
48 printf("> Receive end...\r\n");
49
50 Set_Update_Down();
51 Set_state(TO_START);
52 send_command(ACK);
53 HAL_NVIC_SystemReset();
54 }
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 {
57 printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
58
59 /* 烧录程序 */
60 WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
61 data_state++;
62
63 send_command(ACK);
64 }
65 }
66 else
67 {
68 printf("> Notpass crc\r\n");
69 }
70
71 }break;
72 case EOT://数据包开始
73 {
74 if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
75 {
76 printf("> Receive EOT1...\r\n");
77
78 Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);
79 send_command(NACK);
80 }
81 else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
82 {
83 printf("> Receive EOT2...\r\n");
84
85 Set_state(TO_RECEIVE_END);
86 send_command(ACK);
87 send_command(CCC);
88 }
89 else
90 {
91 printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
92 }
93 }break;
94 }
95 }
96}</font>