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.
- E4 U; [/ m2 R( t

3 [2 h1 s4 C; |3 {. y1. OTA基础知识
什么是BootLoader?
. f& Q1 d8 q3 }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?
$ @; e. `5 z, i: \! Q  O3 P$ [- K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

* l; f% D$ T8 ^5 D

接下来就可以进入正题了.

+ N- [2 c3 x4 D; a1 {, \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:
" A$ L, Z& S( k! p4 A
  Y1 K. {$ D3 e, p

0 A- L: s, e4 `9 z5 w( Y) r
) o# S& B  N2 c0 Q# Y
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:
& E" _" W) y3 mBootLoader区存放启动代码
) K) X3 p# ~" k" dApp1区存放应用代码
App2区存放暂存的升级代码
2 ?8 Y. u) G) |, h% d6 H
4 @" i2 V- x9 }: |

7 y4 f5 U5 J/ m. M5 K
总体流程图
6 S% A$ _, W- a  u* H* f5 J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.
+ t6 w' ~0 {4 h; R# ^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.
# R8 O6 V2 u+ L% R
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:

' U( Q$ g0 L  B; {9 a0 w2 I/ p% I" `

/ V* _/ v6 Z( {" O/ ?

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。
- F4 W& @/ ]2 s% z7 [& ?' I
6 y8 {9 N% `, Q9 \' z& l! l流程图分析
! [+ |7 i/ q0 l. z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
' Z$ |2 Q' x$ t
$ S) X9 g/ R  G) |2 z/ ~

- ?. L- r" c: b  d. }" j3 u
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
, a+ f' O7 P' R: D程序跳转指令,可以参考如下代码:
, T+ K) B1 M+ q& u
2 a& P& e5 L, n; ~7 z6 X8 M( j
) |' ^: c2 s, k& |9 S' o

1. /* 采用汇编设置栈的值 */
   " R% b9 P8 w$ v7 C( h
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 */
   
10. typedef void (*Jump_Fun)(void);
    
11. void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
    . h4 X2 F: P, _; Q  A
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.   {
    2 G, s( B- [% w) U( G3 ~3 M
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.
    , w# [9 q% J2 V( M/ f- f
20.   }
    & U) z, m* c; Z. ?7 q
21. }

复制代码

. w- i* Q8 }: j; d$ W! v1 |- X在需要跳转的地方执行这个函数就可以了IAP_ExecuteApp(Application_1_Addr);
9 E& `5 H2 p4 k其他的代码请参考BootLoader源代码

3. APP的编写
( l; T4 w3 {1 O2 g( |. d  j' _- U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。
, d* j; o3 T  _( Z
1 [# w4 Y' Y4 \) c' H
. \! x9 x: h! S流程图分析
  Z3 f& N9 N# K8 H8 w以我例程的App1为例：
7 u8 y: C; f* K: n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；
5 h( Y5 n* @& O打印版本信息, 方便查看不同的App版本；
/ D  \' ~0 ?9 l- K. R' N# q/ Y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：
/ L' Z# s6 e) A% C, R' R9 n
$ {$ s+ W2 y. d

* N* {( o4 i7 w4 N/ ^程序编写和分析
" V. U3 {1 g8 |% `所需STM32的资源有:
发送USART数据和printf重定向
2 x2 ]9 U; D) f" _" R8 F" A# |Flash的读写
串口的DMA收发
, o8 Z3 s  d/ L# Y2 LYModem协议相关
, X7 k# B8 Q, u* w. P# zYmodem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
7 a1 ?% g8 t1 a$ Z
代码分析
; ^/ o9 V2 d$ |( h+ H1 X# [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
3 E  N" K! y& C  }后面放了我的源代码, 详情请参考我的源代码.
1 B6 [: a4 ]; P# j! }主函数添加修改向量表的指令
9 Y. P( B! v( H7 V- y8 P) Y& @; [

$ T; U; ]/ y4 L' S& H) n" I9 `1 m打印版本信息以及跳转指令
( ^2 ^1 v/ A4 d7 `) O6 m

YModem相关的文件接收部分

1. 
   
2. /**
   
3. * @bieaf YModem升级
   5 d+ W8 U$ U  f/ P: M& y# q! U" t6 Q
4. *
   
5. * @param none
   1 ^" H; H0 W1 b$ v: X) O
6. * @return none
   4 \! a. q1 x% ?9 O$ n( B; K
7. */
   9 [5 V* j  g3 k
8. void ymodem_fun(void)
   
9. {
   7 X1 a+ a1 v+ s8 @# w/ N
10.         int i;
    
11.         if(Get_state()==TO_START)
    
12.         {
    * q  F7 J, B' n3 ]3 J
13.                 send_command(CCC);
    " J, |* ]7 Y2 t3 u: q; i
14.                 HAL_Delay(1000);
    + ]7 l2 a" `& h
15.         }
    
16.         if(Rx_Flag)            // Receive flag
    - x: L. j0 z9 o! T
17.         {
    ; K3 t! d6 O& j+ l2 d8 v
18.                 Rx_Flag=0;        // clean flag
    6 ~9 ]5 V: s" j  t5 ^1 |$ k: k! l' I
19.                                 
    ) B. A: }$ L: d4 _3 C( j
20.                 /* 拷贝 */
    * X; ^4 L; z) M! s, I
21.                 temp_len = Rx_Len;
    
22.                 for(i = 0; i < temp_len; i++)
    
23.                 {
    ! q  H/ X7 z" y! q) C
24.                         temp_buf[i] = Rx_Buf[i];
    
25.                 }
    
26.                
    
27.                 switch(temp_buf[0])
    
28.                 {
    
29.                         case SOH:///<数据包开始
    ) W4 A5 a5 v$ ]( d+ y( B
30.                         {
    2 }& f. z/ E" B
31.                                 static unsigned char data_state = 0;
    
32.                                 static unsigned int app2_size = 0;
    
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
    
36.                                         {
    8 Z/ y8 y4 }8 r2 b( l4 b6 c* ~
37.                                                 printf("> Receive start...\r\n");
    
38. 
    
39.                                                 Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
    
40.                                                 data_state = 0x01;                                                
    % G- h" ]0 x3 u( {& M. F, `! m8 h" v
41.                                                 send_command(ACK);
    
42.                                                 send_command(CCC);
    
43. 
    
44.                                                 /* 擦除App2 */                                                        
    ! ^1 X9 [3 f# e2 [
45.                                                 Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    1 t) A% f4 l8 a/ l7 Z
46.                                         }
    + {0 O1 v: U( G: [
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. 
    5 d1 d3 z% a5 _' W* U
51.                                                 Set_Update_Down();                                                
    - E+ N& t& x# S0 t+ X
52.                                                 Set_state(TO_START);
    
53.                                                 send_command(ACK);
    ' T4 a' d! C% O6 K1 f
54.                                                 HAL_NVIC_SystemReset();
    * B, ~+ G0 G. t' l1 b* b+ [
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
    6 ^+ r( {2 e1 ?$ |$ G. P+ }
57.                                         {
    
58.                                                 printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    . _: G9 W0 I3 e: \, l
59.                                                 
    
60.                                                 /* 烧录程序 */
    % g$ R9 m8 U, q) H0 Y, R
61.                                                 WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
    & \* @2 l$ U( z% k
62.                                                 data_state++;
    
63.                                                 
    
64.                                                 send_command(ACK);               
    
65.                                         }
    1 t9 i/ x. }- v& V3 _+ P
66.                                 }
    
67.                                 else
    
68.                                 {
    
69.                                         printf("> Notpass crc\r\n");
    ) |4 g+ {" W4 `9 r) [& h
70.                                 }
    " h( C% s; ~; G8 ?
71.                                 
    $ ]1 `  F$ T+ z; M' W, w2 a
72.                         }break;
    
73.                         case EOT://数据包开始
    
74.                         {
    
75.                                 if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    
76.                                 {
    9 g. W3 \) B4 u9 p
77.                                         printf("> Receive EOT1...\r\n");
    
78.                                        
    
79.                                         Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                                       
    
80.                                         send_command(NACK);
    " N* O: _0 ^& s, s2 [, D. X! p
81.                                 }
    
82.                                 else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    : z1 X+ }, T4 ^
83.                                 {
    
84.                                         printf("> Receive EOT2...\r\n");
    
85.                                        
    
86.                                         Set_state(TO_RECEIVE_END);                                       
    * ~, C" T) A) s# x- }
87.                                         send_command(ACK);
    8 o- m" v, C2 L4 Y7 ~# f, R8 I
88.                                         send_command(CCC);
    
89.                                 }
    
90.                                 else
    
91.                                 {
    : B5 l: z4 e5 T
92.                                         printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    + ^+ j, u  c/ x0 N; ~) K
93.                                 }
    , _( S4 J7 e3 \
94.                         }break;        
    
95.                 }
    2 T7 p, l3 z% U/ m; G# B, F4 q
96.         }
    
97. }

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.
7 V* G/ n4 o# j( K. G/ W6 u+ F% L

4. 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。

- f; I) e$ q: z7 _1 [源代码
BootLoader源代码和App1源代码可以在原作者的gitee获取

9 l1 @  V) p4 N, X代码的下载
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」。
$ p4 X3 \4 O! S
" F7 O; A' C/ i$ J9 D

" ?  S( s9 L- d, ~2 e
- q& T5 q! ^$ s5 MBootLoader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
- Y' j) ^8 [! b0 E. }5 D按照下图, 修改擦除方式为Erase Sectors, 大小限制在0X5000(20K)

5 B" b2 U  R" o- @# S' T烧录代码
3 u# z" E$ a4 a$ A4 B) f- t运行, 通过串口1打印输出, 会看到以下打印消息
0 |1 ?. g  P6 I$ x! K0 D+ W说明BootLoader已经成功运行
" @" b- S# ?7 ?/ |

5 v; K1 S9 x" y2 |7 LApp1的下载
  M# P/ j6 T4 ]4 L/ X: I) mApp1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
. O# e) K  i5 Y# K( K7 ~0 F

1 [3 E2 T7 t, X* l# ^

$ |* N5 ?- A' ]0 Q$ r- K$ n1 z
1 l, t: |5 D$ w4 F( ^- f/ A3 [3 ^

烧录代码
运行, 通过串口1打印输出, 会看到以下打印消息
& B9 F, h. H. e( @5 ^" B0 Y说明BootLoader已经成功跳转到版本号为0.0.1的App1

0 B6 S" p, t* @2 P/ c5 T& M7 N

6 N: x# s; Z3 d生成App2的.bin文件
Keil生成.bin文件
1 V$ \1 _! F3 ?4 H
2 i. b4 V, `( i修改代码, 把版本号改为0.0.2, 并且编译并且生成.bin文件
" a- F; D- ]; K+ c( i$ p3 z
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
/ S% N9 q' J  K

. f5 ?) U/ a" K" F+ ]

使用Xshell进行文件传输
7 N/ C/ A# c5 [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
4 b; R+ K- D) s( G7 E4 `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
1 w2 g# Q; L& {* N. X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.
5 T4 o  M7 H% H" M
转载自： IOT全栈技术
, g7 n/ S- Z& V' N! W& K' ~/ H* d如有侵权请联系删除
9 w+ ^) B$ U5 h. S& D

你好，有程序源码或者链接吗