三段式程序架构设计（更新实现方法和STM32F4例子）

wujique · 2018-09-06T15:48:27+00:00

本帖最后由 huangxuejia-29212 于 2018-9-14 16:48 编辑 0 @/ K$ @2 g/ S- Z ; K5 j. c' M U, C7 p 已经更新了实现方法和例子。 & E# K# f7 O0 Z7 B& \# T6 F- A请查收附件，具体说明也在附件。# k6 b/ X+ X2 j* b* `" @0 F' [9 v 帖子就不修改了。- C1 s' h6 d% `8 m1 B, N ä¸æ®µå¼ç¨åºæ¶æè®¾è®¡.rar (3.61 MB, 下载次数: 170) 2018-9-14 16:48 上传点击文件名下载附件 ' _1 O+ P7 v; [2 x ( G9 t+ N3 |& l& e7 u6 M2 n1 z! P. z& e' U( m5 d7 e( H, p6 _; Z 程序架构设计够用的硬件" Q+ m* {& a* L; s2 o 能用的代码 7 `0 |, p' l( K2 ~# F4 y' P& P3 m# m" c实用的教程 - I: g. M0 B# t. n. N( h屋脊雀工作室编撰 -201800906 $ A' |5 _5 S- s4 u" \% _) m/ |8 H" Q% M官网：www.wujique.com 6 G+ i q! [8 ]github:http://github.com/wujique/stm32f407 9 @) Z% f: @. h! m( w; F资料下载：https://pan.baidu.com/s/1bHUVe6X6tymktUHk_z91cA & o" D z- n) n; {0 C2 O! |/ A9 F% }" _) h5 V 如果你认真看了前面的文档，会发现一个我们的教程跟其他教程的不同点：其他教程都是在教你如何用这个设备，我们说的是，如何给这个设备写驱动。其中，我们一直在强调的一点是，要提供良好的接口给应用使用。; Y% U( e4 p; B) G- s 为什么呢？因为，一个复杂项目，底层通常是跟应用分开的。( [- D$ F i1 T2 b3 d/ U 为了应付复杂的程序，通常需要一个大概的程序架构设计。下面，我们一起学习一种常见的程序架构设计。 $ Q0 x" U4 S3 z# Y9 c0 X6 f n8 U为什么+ Y; F5 p/ x# } `9 D% E& c7 F 为什么需要架构设计呢？ : ^) G& E0 d9 N" A$ ^1 ^. n, Y固件更新 ! `# D; `+ I6 u Z, n+ w2 }到目前为止，下载程序，我们有两种方法：通过串口下载，在下载过程中，需要控制boot管脚。通过JTAG(SW)调试口下载。 ( b$ v3 I) t, ]" X& j8 w- u2 x$ i在真实产品开发中，调试口只存在于PCB上，预留测试点。没见过有产品外露调试口的。* Z! g" Y3 R4 {2 }! R* k5 t+ T1 H 有外露串口的，也有用牙签顶住一个小洞就能更新固件的，少，很少。& x2 K& M4 n% t 产品需要支持其他方式更新固件，例如U盘、USB、无线OTA更新方式。+ K* g5 N3 O" Q! d 怎么做？当前芯片基本上都支持IAP功能。 * Y/ q" f+ f& [0 r$ I简单的说，就是，在运行程序时，可以通过程序擦写FLASH，写新的程序到FLASH上。5 f v+ x0 @5 K/ ~* h) |, w 那么我们可以通过IAP在应用更新固件。 . ^" M( C! P) }: i. n应用和驱动分离% ?2 A, ^) g. a1 b 功能复杂，程序就大，人就多。 & a9 y2 M$ \+ U2 P遇到问题就扯皮。 $ e' c/ V* w8 k# f6 l/ D有的公司，会将底层打包为库，丢给应用使用，应用将自己的程序跟底层库一起打包编译。 $ Q( d* w& O R* G+ Q' [9 @这样的方式，并不能解决问题。 R6 R! N3 U( l+ E9 g8 d除了扯皮，也有实际问题。多应用4 v4 E. K1 O- y' t5 d. E 有很多行业，一个设备，会卖给不同的客户，不同的客户就有不同的需求，就需要不同的程序。; E$ B |2 Y" N- I! l+ i/ U# [ 如果底层已一个BUG，需要修改，那么就需要发布N个程序。升级压力 ' d1 x' a/ B. f7 _如果程序比较大，例如驱动有200K，应用有200K，一起400K，那么，OTA就要传输400K。 - W/ m# ~% |3 i P% a; z如果两者分开，只有一个修改的时候，只需要OTA 200K。促进发展 : G7 c: ^6 j$ y如果将底层和APP分离，务必就有一套标准的接口。' Y$ k% |% v% [0 G# q0 n) D3 E 如何做？, K, Y. h/ H3 L! q, K+ _ 牵涉以下问题：空间分配. d( G6 }7 }& n) k2 o8 s' c0 h 驱动跟应用分离，意思是，驱动一个工程，单独编译。应用是另外一个工程，单独编译。 A! Q+ t; R6 h2 H& H, Q0 E2 v$ H' S那么FLASH和RAM空间就需要分开，通过分散加载文件实现。+ O: S1 g$ Q7 J$ o6 H( m RAM，分开的是全局变量空间。临时变量用的是栈，不需要分开。时间片4 P6 @9 ^0 ~) x; Y 如果驱动没有时间片需求，那么驱动，就类似一堆库函数。应用只要调用就行了。 ; N7 h3 q* O! ?+ F! X如果驱动有要轮询的任务呢？; [. a" @; o( L 可以放在一个低优先级的定时器中轮询。-----不建议去不放在一个函数中，让应用带着跑--------如果应用是小循环模式，带着跑很不方便。上RTOS，驱动掌控RTOS，应用做为一个RTOS的一个任务----------强烈建议用这个方法。& ]( E1 i7 H- M6 g 接口 ; A+ O* }1 S. R+ ?8 [应用如何调用底层接口呢？ 4 h0 |, U1 Z9 A4 d, _ l# }1 nCPU执行一个函数，就是将PC指针指向函数。+ V& d5 M& Y( `$ K 写程序时，我们经常会用函数指针。 , X3 l% X" I( D. K4 U, a! SAPP和驱动的沟通，就是通过函数指针来实现。分离的缺陷 7 ] f* \6 _& f7 s" ~6 T驱动和应用都会链接标准库，代码会大一点。 9 g" o0 Z, j C常见架构4 X7 d6 Q3 Q6 O- N 我们常见的架构方式是：3段式框架。3 C5 p7 c U' v- L 如下图： + h* y+ l5 `7 @! S# P% r! T* }file:///H:/wujique/%E8%B0%83%E8%AF%95%E4%B8%8E%E5%BC%80%E5%8F%91%E8%AE%B0%E5%BD%95/4.0%20%E7%A8%8B%E5%BA%8F%E6%9E%B6%E6%9E%84%E8%AE%BE%E8%AE%A1/pic/%E6%A1%86%E6%9E%B6.png戏称三权分立BOOT+ X9 y9 s% `* k, P" ? 最先启动的代码，负责固件更新，并包含最基础的固件下载功能。 8 t8 k$ k9 Z) y# [$ i启动后，跳到CORE运行位置，丢失控制权。CORE 6 y d! m' r3 x, V2 c/ F) j通常包含驱动，测试程序。可能会支持更多的固件下载方式。 6 f$ {! j" j8 E8 |. t0 N$ q) i部分软件模块也放在CORE。例如文件系统等软件模块。 0 e& I& x* H! V" K$ w- c* a所有给应用使用的接口，放在固定位置，以便APP调用。9 H/ H' n5 T5 r4 V. V 如果没有使用RTOS，右边就不是获取，而是跳到APP任务，一单跳过去，CPU控制器就归APP了。应用程序( z+ {$ N) Y f 实现应用逻辑，通过调用底层接口控制硬件设备。& v! x1 O$ ~( f" M, F - \- ?1 w( Q" k# M 关键流程8 a! [- ]* N& {8 M1 p, _6 |9 v8 ~% m BOOT启动，校验固件，跳转还是更新。 # g+ G4 y8 e" L0 l3 i5 b! {CORE运行，环境初始化，驱动APP任务。: K: _3 c. A1 d+ N! }9 x" v APP，其实就是一个函数。 2 |6 W3 E6 n# C9 X2 [2 R) G z6 ~实现1 A. l- B" v# o0 W" T6 Q/ E% N 只讨论基于RTOS的情况。% x1 s# Y' b, X1 N% K 硬件基于STM32F407。 $ P( x7 |$ w$ P8 X4 j2 D只讨论关键技术。. h! d/ l! E8 r2 |# q+ k; y 分散加载文件划分# d' \7 w X0 S) ? 5 I! G6 S, v: E5 Q: jBOOT跳到CORE & Q3 b' ]6 X2 O/ j. n$ \+ t0 R: S4 D. Y8 d# { CORE启动APP任务 9 [$ |5 n) h% z5 Q6 M. e/ T; A % N& E! l4 C/ Y6 Y. h0 A驱动接口的定义 4 @- R6 B, K/ r$ Y. q8 v5 A# U; N/ [* p0 u9 H. ^) D/ x' ^5 f IAP7 @% n9 ?: b: A& S F* u- @1 d3 vend6 @2 _5 R2 [6 T9 h - T1 H: j3 P+ A, h {

三段式程序架构设计（更新实现方法和STM32F4例子）

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wujique 发布时间：2018-9-6 23:48

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本帖最后由 huangxuejia-29212 于 2018-9-14 16:48 编辑

已经更新了实现方法和例子。
请查收附件，具体说明也在附件。
帖子就不修改了。

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程序架构设计

够用的硬件" Q+ m* {& a* L; s2 o
能用的代码
7 `0 |, p' l( K2 ~# F4 y' P& P3 m# m" c实用的教程
- I: g. M0 B# t. n. N( h屋脊雀工作室编撰 -201800906
$ A' |5 _5 S- s4 u" \% _) m/ |8 H" Q% M官网：www.wujique.com
6 G+ i q! [8 ]github:http://github.com/wujique/stm32f407
9 @) Z% f: @. h! m( w; F资料下载：https://pan.baidu.com/s/1bHUVe6X6tymktUHk_z91cA
& o" D z- n) n; {0 C2 O! |

如果你认真看了前面的文档，会发现一个我们的教程跟其他教程的不同点：其他教程都是在教你如何用这个设备，我们说的是，如何给这个设备写驱动。其中，我们一直在强调的一点是，要提供良好的接口给应用使用。
为什么呢？因为，一个复杂项目，底层通常是跟应用分开的。
为了应付复杂的程序，通常需要一个大概的程序架构设计。下面，我们一起学习一种常见的程序架构设计。

$ Q0 x" U4 S3 z# Y9 c0 X6 f n8 U为什么

为什么需要架构设计呢？

固件更新

到目前为止，下载程序，我们有两种方法：

通过串口下载，在下载过程中，需要控制boot管脚。
通过JTAG(SW)调试口下载。
( b$ v3 I) t, ]" X& j8 w- u2 x$ i

在真实产品开发中，调试口只存在于PCB上，预留测试点。没见过有产品外露调试口的。
有外露串口的，也有用牙签顶住一个小洞就能更新固件的，少，很少。
产品需要支持其他方式更新固件，例如U盘、USB、无线OTA更新方式。

怎么做？

当前芯片基本上都支持IAP功能。
简单的说，就是，在运行程序时，可以通过程序擦写FLASH，写新的程序到FLASH上。
那么我们可以通过IAP在应用更新固件。

应用和驱动分离

功能复杂，程序就大，人就多。
遇到问题就扯皮。
有的公司，会将底层打包为库，丢给应用使用，应用将自己的程序跟底层库一起打包编译。
这样的方式，并不能解决问题。
除了扯皮，也有实际问题。

多应用4 v4 E. K1 O- y' t5 d. E
有很多行业，一个设备，会卖给不同的客户，不同的客户就有不同的需求，就需要不同的程序。; E$ B |2 Y" N- I! l+ i/ U# [
如果底层已一个BUG，需要修改，那么就需要发布N个程序。
升级压力
' d1 x' a/ B. f7 _如果程序比较大，例如驱动有200K，应用有200K，一起400K，那么，OTA就要传输400K。
- W/ m# ~% |3 i P% a; z如果两者分开，只有一个修改的时候，只需要OTA 200K。
促进发展
: G7 c: ^6 j$ y如果将底层和APP分离，务必就有一套标准的接口。' Y$ k% |% v% [0 G# q0 n) D3 E

如何做？
牵涉以下问题：

空间分配. d( G6 }7 }& n) k2 o8 s' c0 h
驱动跟应用分离，意思是，驱动一个工程，单独编译。应用是另外一个工程，单独编译。
A! Q+ t; R6 h2 H& H, Q0 E2 v$ H' S那么FLASH和RAM空间就需要分开，通过分散加载文件实现。+ O: S1 g$ Q7 J$ o6 H( m
RAM，分开的是全局变量空间。临时变量用的是栈，不需要分开。
时间片4 P6 @9 ^0 ~) x; Y
如果驱动没有时间片需求，那么驱动，就类似一堆库函数。应用只要调用就行了。
; N7 h3 q* O! ?+ F! X如果驱动有要轮询的任务呢？; [. a" @; o( L

可以放在一个低优先级的定时器中轮询。-----不建议
去不放在一个函数中，让应用带着跑--------如果应用是小循环模式，带着跑很不方便。
上RTOS，驱动掌控RTOS，应用做为一个RTOS的一个任务----------强烈建议用这个方法。& ]( E1 i7 H- M6 g

接口
; A+ O* }1 S. R+ ?8 [应用如何调用底层接口呢？
4 h0 |, U1 Z9 A4 d, _ l# }1 nCPU执行一个函数，就是将PC指针指向函数。+ V& d5 M& Y( `$ K
写程序时，我们经常会用函数指针。
, X3 l% X" I( D. K4 U, a! SAPP和驱动的沟通，就是通过函数指针来实现。
分离的缺陷
7 ] f* \6 _& f7 s" ~6 T驱动和应用都会链接标准库，代码会大一点。
9 g" o0 Z, j C

常见架构

我们常见的架构方式是：3段式框架。
如下图：

file:///H:/wujique/%E8%B0%83%E8%AF%95%E4%B8%8E%E5%BC%80%E5%8F%91%E8%AE%B0%E5%BD%95/4.0%20%E7%A8%8B%E5%BA%8F%E6%9E%B6%E6%9E%84%E8%AE%BE%E8%AE%A1/pic/%E6%A1%86%E6%9E%B6.png

戏称三权分立

BOOT+ X9 y9 s% `* k, P" ?
最先启动的代码，负责固件更新，并包含最基础的固件下载功能。
8 t8 k$ k9 Z) y# [$ i启动后，跳到CORE运行位置，丢失控制权。
CORE
6 y d! m' r3 x, V2 c/ F) j通常包含驱动，测试程序。可能会支持更多的固件下载方式。
6 f$ {! j" j8 E8 |. t0 N$ q) i部分软件模块也放在CORE。例如文件系统等软件模块。
0 e& I& x* H! V" K$ w- c* a所有给应用使用的接口，放在固定位置，以便APP调用。9 H/ H' n5 T5 r4 V. V
如果没有使用RTOS，右边就不是获取，而是跳到APP任务，一单跳过去，CPU控制器就归APP了。
应用程序( z+ {$ N) Y f
实现应用逻辑，通过调用底层接口控制硬件设备。& v! x1 O$ ~( f" M, F

- \- ?1 w( Q" k# M
关键流程

BOOT启动，校验固件，跳转还是更新。
CORE运行，环境初始化，驱动APP任务。
APP，其实就是一个函数。

实现

只讨论基于RTOS的情况。
硬件基于STM32F407。
只讨论关键技术。

分散加载文件划分

BOOT跳到CORE

CORE启动APP任务

驱动接口的定义

IAP

end

评分

参与人数 1	ST金币 +6	收起理由
MrJiu	+ 6	很给力!

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赞 1 收藏 9 评论18 发布时间：2018-9-6 23:48

18个回答

wujique 回答时间：2018-9-7 13:07:17

Beatle 发表于 2018-9-7 08:357 B1 W1 q7 s. s
实现的原理应该和这个差不多吧？？
$ {0 Y7 _) i2 n3 w9 B9 ghttp://forum.armfly.com/forum.php?mod=viewthread&tid=89163&extra=pa ...

不一样，我这个不是动态库。
只是为了维护方便，将代码分成几段。

也想过做动态加载功能，也就是动态加载ELF文件。
暂时没做。。。