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:
  
  6 R0 {9 `! j/ U5 x' m1 I

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. 1/* 采用汇编设置栈的值 */
   
2. 2__asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
   
3. 3{
   
4. 4    MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值
   
5. 5    BX r14
   
6. 6}
   5 J, p$ |+ @/ g
7. 7
   
8. 8
   
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;
    ) K- t$ {% G3 \
14. 14
    0 U- x. h' D/ T0 r4 i- b) F. H$ u
15. 15  if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 )  //检查栈顶地址是否合法.
    0 ?3 D/ }; q; f
16. 16  {
    " {* E, a0 P5 u6 b
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.
    9 D6 F! s# c) C
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：
  
  

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
  
  & j3 D7 z, ^* [: }- i2 G% x. L

+ f0 j+ U0 W! T5 O. _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
  / f( X. Q$ Q3 ^* J

• 打印版本信息以及跳转指令
  7 W8 C3 l) {/ ?

• YModem相关的文件接收部分
  

1. <font color="#000000" face="Tahoma" size="2">1/**
   1 V5 l' D" \* T3 D; S
2. 2 * @bieaf YModem升级
   
3. 3 *
   
4. 4 * @param none
   / h" e# y& T' r) g
5. 5 * @return none
   
6. 6 */
   
7. 7void ymodem_fun(void)
     ?3 {* \7 I( Q, L7 c$ n( P
8. 8{
   
9. 9    int i;
   " X; M$ K% t- Q6 M. ?% S7 {
10. 10    if(Get_state()==TO_START)
    
11. 11    {
    
12. 12        send_command(CCC);
    1 g! Y+ j9 U0 e: x1 {
13. 13        HAL_Delay(1000);
    
14. 14    }
    
15. 15    if(Rx_Flag)     // Receive flag
    
16. 16    {
    
17. 17        Rx_Flag=0;  // clean flag
    
18. 18
    
19. 19        /* 拷贝 */
    # l2 }* A, o: Z+ p% B( M
20. 20        temp_len = Rx_Len;
    
21. 21        for(i = 0; i < temp_len; i++)
    
22. 22        {
    7 S. D& ^% p2 Q( r2 z
23. 23            temp_buf = Rx_Buf;
    9 ]- L& v% ~  Q  ?5 Q/ z6 N
24. 24        }
    4 q% Z& F5 w1 I* f' m
25. 25
    ; ?2 a  o9 x( l
26. 26        switch(temp_buf[0])
    
27. 27        {
    2 s! o% D8 i1 ]/ F5 e, c
28. 28            case SOH:///<数据包开始
    
29. 29            {
    
30. 30                static unsigned char data_state = 0;
    ) |( F) Y$ J5 R
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                {                  
    # N: O  x5 O0 a0 V
34. 34                    if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始
    
35. 35                    {
    . [/ Z* s9 e+ }% U) B8 a
36. 36                        printf("> Receive start...\r\n");
    
37. 37
    6 Z6 [- A/ w9 o' K& x
38. 38                        Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
    
39. 39                        data_state = 0x01;                     
      m3 m2 J# e2 e# g& u+ P; ^
40. 40                        send_command(ACK);
    ( L" q, \& _! S' y7 K' ~
41. 41                        send_command(CCC);
    1 z: N0 Y- Q+ Z  g6 x
42. 42
    
43. 43                        /* 擦除App2 */                           
    ; o, D4 A  |; P
44. 44                        Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    
45. 45                    }
    " r+ T$ C9 ]! F+ z+ I; P) q
46. 46                    else if((Get_state()==TO_RECEIVE_END)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 结束
    $ i- w7 h; |; g, k6 L/ o6 y* D5 \$ K
47. 47                    {
    ! J# H+ h( c9 F0 o2 G% r1 e/ ~
48. 48                        printf("> Receive end...\r\n");
    " `: Q. _. `" t) R% v! \
49. 49
    2 q( z. j, ^0 T( K# ~# ~
50. 50                        Set_Update_Down();                     
    3 o' s0 y( S+ f3 {/ w  v/ Y
51. 51                        Set_state(TO_START);
    
52. 52                        send_command(ACK);
    4 T' z, [# W" i8 G% E# o. H
53. 53                        HAL_NVIC_SystemReset();
    8 C# N4 O9 K$ e
54. 54                    }                  
    . Q/ _* \' |% y$ [+ p# e
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
    0 }& X1 N. A" r: F- y
56. 56                    {
    
57. 57                        printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    / x8 S  \8 U3 A7 C+ W
58. 58
    4 i" G  V: s+ c/ ~8 y0 j9 y6 \5 |
59. 59                        /* 烧录程序 */
    
60. 60                        WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
    
61. 61                        data_state++;
    
62. 62
    # k9 ]9 k# X% W' W2 ^
63. 63                        send_command(ACK);      
    
64. 64                    }
    
65. 65                }
    * X  _2 {1 r. g" k
66. 66                else
    
67. 67                {
    . `+ u# H# j0 _% t% l
68. 68                    printf("> Notpass crc\r\n");
    
69. 69                }
    ) Z) s' M$ ?; e. ~) ?" X* Z- v
70. 70
    + [' t: s, g+ E
71. 71            }break;
    0 G/ ]1 s* y  U" {5 n
72. 72            case EOT://数据包开始
    % H* P+ K$ w+ e" w& {# |
73. 73            {
    
74. 74                if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    + v. ]1 L6 ^" ~9 R7 y4 O8 V
75. 75                {
    ) E, b* p/ X. d7 A! X
76. 76                    printf("> Receive EOT1...\r\n");
    
77. 77
    
78. 78                    Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                 
    
79. 79                    send_command(NACK);
    ) s. E) Z5 ~( N
80. 80                }
    
81. 81                else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    
82. 82                {
    + k' a, j% @" A, j) c: ?5 d
83. 83                    printf("> Receive EOT2...\r\n");
    . @# Z  ]0 l. n. l" H2 Y
84. 84
    + x( [% E) M8 I6 x) R" u
85. 85                    Set_state(TO_RECEIVE_END);                  
    
86. 86                    send_command(ACK);
    ' Y) e: F" j+ e% |- U) Y/ D
87. 87                    send_command(CCC);
    
88. 88                }
    ; d& N1 Y" i% x4 L4 H$ Y
89. 89                else
    + _# s2 u6 j) I
90. 90                {
    % l, U% F  X. M* ^- S0 N
91. 91                    printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    4 [$ ?$ u- K# k
92. 92                }
    3 _4 X! R' e" @2 Z) @0 z
93. 93            }break;
    
94. 94        }
    
95. 95    }
    $ ^- h8 E4 j' J  S* a1 k& }: K
96. 96}</font>

复制代码

  h- @1 D- C4 l" z6 O$ C

• 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.
  

! q3 v; n6 Z" H" h8 U4. 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。

• 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」。
  

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)
  

• 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
  $ X) L) I! a- g' j

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
  

3 K+ \& Q: @- T, n

• 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
  

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
  8 p* d& s5 |/ A# I

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
  

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。
: [7 N  a8 U; M7 {- k
) `. |5 {) Y5 W+ J- Q$ t
6 G, {$ f8 z  s3 H$ h
; g: F; Y+ M* E9 F) r& e
; m3 L9 g, J! J+ p! \

! v. |  l9 l% n& o2 w1 ?

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