简介
本文主要讲解在线升级(OTA)的基础知识, 主要是针对IAP OTA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OTA的认识.
8 w6 o0 H+ e5 H# O" e/ ]

1. OTA基础知识
什么是BootLoader?
7 O- Q, a8 M  i: i+ GBootLoader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?
7 e0 V6 v# o3 u* _0 c9 s2 |3 j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

+ O) ?0 b" u$ n0 s
接下来就可以进入正题了.

进行分区
4 x- R7 F6 J' D' f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:

5 M  U% d, ?9 n* T3 p% g6 N

) q9 H6 E* z% ~5 \$ }9 I7 n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

. V* t; ~! ]: e0 e  m: D4 n

总体流程图
& @* [9 ]' D: F, P3 h1 M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.
$ m8 w5 b# g) \/ X( v2 s; u
1 Z2 {( L, P: U+ w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:
$ t- |5 L, l$ K' W
! x7 L* n, ?; a" N& X$ {$ c

' k7 l; s( D! b( t

2. BootLoader的编写
* D) e3 |4 [3 r; R9 w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。
& I" e5 V% v) w! p: y0 {; X9 L8 x
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
( _' w: q: @: t+ b" q2 \7 {$ B
  W! }3 d) b1 ^. M3 ~' L5 `; s7 L

程序编写和分析
9 z% C- n: `: n  u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# ^9 w$ ^! H$ \0 V

4 k$ h/ R9 ]1 I* ^! M" W

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
   ) h4 S6 S) e3 ^  J5 A* i
6. }
   $ i' h3 r0 V, T, ^+ g; G
7. 
   
8. 
   3 U; _( s9 L8 ]3 C( U0 C. O9 \! ]
9. /* 程序跳转函数 */
   
10. typedef void (*Jump_Fun)(void);
      Z/ h" z8 S, r4 W) C& f( k0 Q
11. void 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.
    , l& X1 c( B) r# V2 K
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)
    # {$ v6 o, m! s' |- G) \
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)
    + ?$ R4 n( H* V; F/ A
19.     JumpToApp();                                                //跳转到APP.
    0 P: i/ [2 `1 O9 d6 g# g' N% ?6 r
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);
( ]4 E8 I9 [7 P  h% g& ^其他的代码请参考BootLoader源代码
$ l& c9 N; q3 V- ~* c# j
( q/ r8 O. \4 u2 c2 S) V4 Z$ T3. 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。

3 }+ a4 n5 d' I+ u: f, `8 ^
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；
& U5 m0 ]$ r1 B& O打印版本信息, 方便查看不同的App版本；
6 ^* a' |1 @' {; J9 h9 g' Y6 K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：
5 q% E- R" U9 T0 Z2 N. n+ x- V0 y
2 C* [# B! L$ m

7 ]0 z4 Z6 b% e" R/ _) w
! {/ F/ k& ?# ]+ G# L3 M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
) D; A, T- o5 L: q0 j, }串口的DMA收发
! m9 Y* K% I/ D0 P9 n' x& sYModem协议相关
Ymodem协议
百度百科[Ymodem协议]
& S/ [9 k# a5 a& }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
; `; N& U  p8 a8 \' v& z5 L
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
7 Z' c+ w( [2 G8 q1 r2 `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

; q; R9 ?/ ?) A4 ?

9 B0 {/ V2 L+ o( s2 M5 f- S
打印版本信息以及跳转指令
( z& J7 B3 S# d6 M  v

! y: m) ~  w0 c$ k9 g* E' d
YModem相关的文件接收部分

1. 
   
2. /**
   
3. * @bieaf YModem升级
   
4. *
   0 u0 m  c0 r2 q4 }6 C5 Y' \6 q4 x# Y' f
5. * @param none
   2 s- M. W& [( {6 G& L$ L; X, s* f- c* d* \
6. * @return none
   3 @% H) W' k2 e3 X7 g
7. */
   
8. void ymodem_fun(void)
   / k8 r7 S, [0 X! b' ]# b  Z
9. {
   
10.         int i;
    
11.         if(Get_state()==TO_START)
    * ?# u+ N1 c+ `8 |/ ?9 a
12.         {
    
13.                 send_command(CCC);
    " M# E# x* f+ |' F' D# X
14.                 HAL_Delay(1000);
    ' g  L) W6 B; J6 k  _+ u8 K
15.         }
    
16.         if(Rx_Flag)            // Receive flag
    
17.         {
    
18.                 Rx_Flag=0;        // clean flag
    1 L4 L1 d$ [; B
19.                                 
    / n. u2 Y/ \0 z4 ]$ F3 X, U/ x
20.                 /* 拷贝 */
    
21.                 temp_len = Rx_Len;
    : D& f  S# q% [7 F9 f/ N; B
22.                 for(i = 0; i < temp_len; i++)
    ; Y- p0 J* ?7 f6 J$ h+ j& [( V
23.                 {
    
24.                         temp_buf[i] = Rx_Buf[i];
    - A+ B* N- J) {
25.                 }
    ' i5 m* m$ G+ a$ S
26.                
    
27.                 switch(temp_buf[0])
    
28.                 {
    ! u- i. e& x1 y9 q
29.                         case SOH:///<数据包开始
    / M7 Q4 u3 A& s: G; e- _( {
30.                         {
    & N3 r5 s0 \( p/ n5 `8 Y  S+ I
31.                                 static unsigned char data_state = 0;
    0 H1 B3 y! S7 Q( p; ?5 w+ F
32.                                 static unsigned int app2_size = 0;
      e3 u& Q1 a+ X9 E
33.                                 if(Check_CRC(temp_buf, temp_len)==1)///< 通过CRC16校验
    
34.                                 {                                       
    
35.                                         if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始
    - q1 Z4 ]: V' p" P: s% A7 h
36.                                         {
    : g0 I5 X# ?% Y- ~8 y% v3 `; }
37.                                                 printf("> Receive start...\r\n");
    
38. 
    + x- Y4 l# Q" ?* W0 w
39.                                                 Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
    # ~& @; E- z) H, E
40.                                                 data_state = 0x01;                                                
    
41.                                                 send_command(ACK);
    0 t0 c2 D6 F9 w4 H
42.                                                 send_command(CCC);
    
43. 
    
44.                                                 /* 擦除App2 */                                                        
    % W: A) L- d  Y% }3 w
45.                                                 Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    
46.                                         }
    , H! @" X4 v0 j3 J" ]
47.                                         else if((Get_state()==TO_RECEIVE_END)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 结束
    
48.                                         {
    
49.                                                 printf("> Receive end...\r\n");
    
50. 
    
51.                                                 Set_Update_Down();                                                
    : A4 y2 Q3 c2 I3 R. j
52.                                                 Set_state(TO_START);
    4 \8 W; R# n& U
53.                                                 send_command(ACK);
    & Z7 C1 C7 I% n5 ~5 L# a
54.                                                 HAL_NVIC_SystemReset();
    
55.                                         }                                       
    
56.                                         else if((Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)&&(temp_buf[1] == data_state)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 接收数据
    , s3 f0 \# D; \4 e' S
57.                                         {
    8 G2 Y4 Z# m! n9 F0 D4 u
58.                                                 printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    
59.                                                 
    ( T. W! `) A# W" d7 _
60.                                                 /* 烧录程序 */
    ' X+ [% w7 ~8 A9 o( S4 \
61.                                                 WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
    5 @6 ~- z) d+ e9 _/ I
62.                                                 data_state++;
      S3 n7 c( v6 F' g
63.                                                 
    1 p2 H: b, t5 Z1 \! l
64.                                                 send_command(ACK);               
    
65.                                         }
    
66.                                 }
    
67.                                 else
    3 q8 e. c' r0 T$ K
68.                                 {
    
69.                                         printf("> Notpass crc\r\n");
    
70.                                 }
    
71.                                 
    
72.                         }break;
    
73.                         case EOT://数据包开始
    / ~5 X$ }: R! `& k& L8 J
74.                         {
    9 u% Z4 J, q: i' s' |
75.                                 if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    
76.                                 {
    : `% U, D8 R2 |9 z0 r* ?
77.                                         printf("> Receive EOT1...\r\n");
    
78.                                        
    
79.                                         Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                                       
    ) q. O. |% b6 x' Q
80.                                         send_command(NACK);
    
81.                                 }
    
82.                                 else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    
83.                                 {
    * R: d; F7 F) ?' Y* s! E1 [" U) _
84.                                         printf("> Receive EOT2...\r\n");
    ; h$ [  V' j% m* b9 a4 `
85.                                        
      k- D" M' `7 e( {8 U, J1 s; w2 f
86.                                         Set_state(TO_RECEIVE_END);                                       
    6 J+ e; C, P7 B9 n4 j8 U# G! n
87.                                         send_command(ACK);
    
88.                                         send_command(CCC);
    
89.                                 }
    , W- ^2 ~7 v! T  I5 ^
90.                                 else
    
91.                                 {
    ; P% t: O) U: c. s6 q
92.                                         printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    
93.                                 }
    7 ^* s4 A; a4 C% ]( p' p
94.                         }break;        
    
95.                 }
    6 Y7 y" w9 l- D8 ~! H0 N: M
96.         }
    ! ~) R1 o' [7 `) i) l1 {
97. }

复制代码

4 e/ p0 H' T" l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.
; C, u  T8 R7 V2 l* f
6 _! q2 l* _4 |2 o) f
- ?& T' t4 n# P: l4. 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。

1 @! L4 u6 v7 m  |源代码
5 ?# W7 h0 f# i0 F# D+ E  _BootLoader源代码和App1源代码可以在原作者的gitee获取
1 ]" |) f+ M& [- y
0 \, E1 V: w& s& d/ Q; g* W代码的下载
6 H2 `2 N2 i) W: b) }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」。
6 `. @/ n, @( {7 j2 b" ^
! U- D0 n1 W4 f) J

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
- Q9 B  ?9 l' I; b按照下图, 修改擦除方式为Erase Sectors, 大小限制在0X5000(20K)

6 X* d6 s1 M+ O4 N) J" Q0 z

7 _# a* [: |9 f1 h* e) x  F烧录代码
; m7 W8 E/ c& {" r8 {运行, 通过串口1打印输出, 会看到以下打印消息
/ K+ x7 c0 \* c说明BootLoader已经成功运行

- z1 C" s: o3 x2 o. F
8 h  K6 j& g$ ~App1的下载
/ `! d! t) S8 a$ lApp1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
% m" |: H6 D" `5 u  ~! ~. C; Q
) w( A$ a" q9 l2 W5 J4 R& Z& e1 f

( ?1 B4 e1 n6 z- g

! X( v' [! Z! j

% x1 x( F. j% ~4 {. @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
8 T. }5 h' w1 \/ P% E
+ B! ?4 X. z5 f7 @7 N

2 t- B) p! Z5 U5 t2 R8 `2 H! \  S
生成App2的.bin文件
Keil生成.bin文件
. D1 Y" ?% j/ r  Z) Y; r! {
修改代码, 把版本号改为0.0.2, 并且编译并且生成.bin文件
: }4 y7 `! d  z4 @* j- @
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 G/ I" r2 ~: |9 k+ e
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
8 i, b9 N- o$ \- J' R! G9 Q; T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
$ I: x( g6 L1 T% c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!
  p# r+ X1 l  y6 e2 J$ N; k
5. 总结
0 Z( A* @5 Y* H+ z$ R/ |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.

转载自： IOT全栈技术
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