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
  
  5 ^$ I) \1 W0 A( s  y* C1 l

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:
  
  5 J8 y8 H/ }. X' [7 j; a

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:
  
  5 ^0 U( A' _# q4 Y7 i3 X

1. 1/* 采用汇编设置栈的值 */
   
2. 2__asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
   & }! T& ^& f9 F7 |9 C9 u. w9 N* s
3. 3{
   
4. 4    MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值
   
5. 5    BX r14
   ; \) ^7 w5 C5 ~- a2 k/ w$ d
6. 6}
   & K. _4 Q1 i8 {
7. 7
   
8. 8
   
9. 9/* 程序跳转函数 */
   ! W' g" H8 U% B+ Y& D/ W# R
10. 10typedef void (*Jump_Fun)(void);
    " `3 r& c1 i; U  V2 ?; w) M: B
11. 11void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
    
12. 12{
    , f0 R" d; h' j* O
13. 13  Jump_Fun JumpToApp;
    ( J1 U. {" v4 @+ }/ F- S8 s; M
14. 14
    ' b. X8 T' J" q: u/ P, e
15. 15  if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 )  //检查栈顶地址是否合法.
    
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)
    " b. {3 Q  o& O; R2 S: @& y- X  m
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)
    ; T6 V: E7 w, ?3 O
19. 19    JumpToApp();                                                //跳转到APP.
    
20. 20  }
    ; c! H% q: o3 W  {: F2 U! p
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
  
  * b6 X: p5 W: [$ `) E* [  `

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
  . M8 r0 d: B1 o4 h

• 打印版本信息以及跳转指令
  9 e6 J  c5 y# ]+ z

• YModem相关的文件接收部分
    \/ h/ X6 z+ A; x' v

1. <font color="#000000" face="Tahoma" size="2">1/**
   
2. 2 * @bieaf YModem升级
   0 D/ R* _+ M# d" a: q
3. 3 *
   
4. 4 * @param none
   
5. 5 * @return none
   0 r4 }; T# G+ k) f3 u8 w, G
6. 6 */
   
7. 7void ymodem_fun(void)
   : Q+ V  A) M/ O# {
8. 8{
   * X8 e5 r8 z, s. y# e0 u7 C
9. 9    int i;
   
10. 10    if(Get_state()==TO_START)
    ! D6 d/ U. {* z1 G+ t; p
11. 11    {
    
12. 12        send_command(CCC);
    ) B/ i; s' G9 k. j5 |
13. 13        HAL_Delay(1000);
    
14. 14    }
    ; t6 ]' G4 g  S5 v3 _; R6 Y" G
15. 15    if(Rx_Flag)     // Receive flag
      T7 d' p6 n* Y8 _7 U0 |
16. 16    {
    
17. 17        Rx_Flag=0;  // clean flag
    # ~; s) y! \7 p1 y- n. q' m& o; B
18. 18
    3 i" h4 G' D3 N
19. 19        /* 拷贝 */
    
20. 20        temp_len = Rx_Len;
    
21. 21        for(i = 0; i < temp_len; i++)
    5 |2 ]# O. E; c& o9 ]# V6 ]1 g
22. 22        {
    
23. 23            temp_buf = Rx_Buf;
    ) l" ]5 }, R$ Q. ]9 ]! H, E0 P
24. 24        }
    
25. 25
    
26. 26        switch(temp_buf[0])
    
27. 27        {
    
28. 28            case SOH:///<数据包开始
    
29. 29            {
    
30. 30                static unsigned char data_state = 0;
    
31. 31                static unsigned int app2_size = 0;
    - u% ~6 ], t6 j6 z1 M7 L" R6 Y
32. 32                if(Check_CRC(temp_buf, temp_len)==1)///< 通过CRC16校验
    ; x& Z: w. w) @7 h, v8 N5 c
33. 33                {                  
    
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");
    1 R; K2 U9 M. J
37. 37
    : y" v5 e6 K  `
38. 38                        Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
    
39. 39                        data_state = 0x01;                     
    
40. 40                        send_command(ACK);
    
41. 41                        send_command(CCC);
    
42. 42
    
43. 43                        /* 擦除App2 */                           
    
44. 44                        Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    + Q' ?/ s3 s/ H( m1 d0 r1 S( e+ _
45. 45                    }
    : k% X; S7 _5 G5 x" ?
46. 46                    else if((Get_state()==TO_RECEIVE_END)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 结束
    5 O- D, Q9 _( t- t: s+ {( b( m3 ^
47. 47                    {
    
48. 48                        printf("> Receive end...\r\n");
    
49. 49
    5 T1 y, I* L+ ?9 R" {; R
50. 50                        Set_Update_Down();                     
    
51. 51                        Set_state(TO_START);
      W3 Z1 ]1 S( k0 o* w8 `
52. 52                        send_command(ACK);
    
53. 53                        HAL_NVIC_SystemReset();
    8 |2 S% q( |3 y* Z4 T. X, K$ C
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
    ! R* J# B, E5 H5 q6 y
56. 56                    {
    
57. 57                        printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    
58. 58
    
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++;
    + Y4 s% q4 {6 i' r# x9 C' M
62. 62
    , y' ]$ _9 q8 b# `* O
63. 63                        send_command(ACK);      
    
64. 64                    }
    
65. 65                }
    # e2 ]& H( u) g9 `9 d0 |
66. 66                else
    - B1 p: t4 G2 d  C2 b
67. 67                {
    . o1 @  M  \( k  B9 U  q! B
68. 68                    printf("> Notpass crc\r\n");
    
69. 69                }
    
70. 70
    
71. 71            }break;
    
72. 72            case EOT://数据包开始
    ( p1 o& ^* W5 W
73. 73            {
    * O6 C5 N3 X0 e+ X4 M
74. 74                if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
      n" r, S7 E/ u; _7 G
75. 75                {
    3 u( V, D: V. G- C2 W  }
76. 76                    printf("> Receive EOT1...\r\n");
    5 \4 R/ @3 o' K' g
77. 77
    7 I  @6 [0 D$ k$ x# r1 K4 g
78. 78                    Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                 
    ( }. d3 G# `& e' K6 V9 Y$ R2 ]3 S
79. 79                    send_command(NACK);
    ) B3 [9 K8 Y& ^$ M$ \+ d9 _3 N! g% z1 T
80. 80                }
    ! h- a2 O' i7 F+ D, R. E
81. 81                else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    
82. 82                {
    
83. 83                    printf("> Receive EOT2...\r\n");
    
84. 84
    % O& W9 b% k! @" }  U7 O
85. 85                    Set_state(TO_RECEIVE_END);                  
    ( e. Y: h( Z$ N
86. 86                    send_command(ACK);
    4 Q( o3 n+ K( d$ {
87. 87                    send_command(CCC);
    
88. 88                }
    
89. 89                else
    6 x0 q5 F2 Y, Q5 g6 I; ?: W: @
90. 90                {
    
91. 91                    printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
      P* A0 Y4 \# i0 K5 F
92. 92                }
    ! n( T: Y& Q2 T4 j  E
93. 93            }break;
    7 N) I3 Q9 T2 n8 Z. G8 w& J
94. 94        }
    
95. 95    }
    8 {6 Z3 m( E5 U/ r2 o
96. 96}</font>

复制代码

8 _5 e; ^6 g0 {' Q3 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.
  5 b; ?" f' y! C  X) B

; [& _1 |# e5 C2 j7 ]0 _: z. Y( n% M4. 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
  & e" @. }5 N" |" M! p# A

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
  0 |$ a( G; e) A$ i2 w7 }( R

7 V6 s' A# t  @

• 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
  9 Q6 j* @: b4 e$ ?2 G5 S" U

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!
  $ U% I9 O# p# P

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。





" ^! z- ]8 t; [+ o1 ~+ w" n