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STM32+IAP方案 实现网络升级应用固件

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STMCU-管管 发布时间:2020-9-24 13:52
概况:
  • 什么是IAP,为什么要IAP
  • 可实现的原理
  • 实现过程
  • 细节及实现
    $ I, h: Y- }/ F& B5 p( E以上基本都可以从【IAR环境下STM32+IAP方案的实现】中找到答案。这里只是贴图,醒目:
    5 t. I; T  e2 H+ t  z& g3 o$ i

    ' n$ N$ [( i% ]. Y( |/ y$ B
( D1 {' |  F8 }( i

- U- d7 z& X8 p" k0 x7 P7 N/ eIAP框架布局:
/ }8 |7 k. B1 `+ n3 D& N
8 x2 B  H4 ~1 T  D) v) \5 a

# b5 M  |; H- S5 C
1 J2 y# Q4 n, a9 X$ X+ PSTM32F103ZET6的启动方式有三种:内置FLASH启动、内置SRAM启动、系统存储器ROM启动,通过BOOT0和BOOT1引脚的设置可以选择从哪中方式启动,这里选择内置的FLASH启动。其FLASH的地址为0x08000000—0x0807ffff,共512KB,这些都能从芯片数据手册中直接得到。而这里首要的一个问题是中断的问题。正常情况下发生中断的过程为:发生中断(中断请求),到中断向量表查找中断函数入口地址,跳转到中断函数,执行中断函数,中断返回。也就是说在STM32的内置的Flash中有一个中断向量表来存放各个中断服务函数的入口地址,内置Flash的分配情况大致如下图2-1。
1 |+ f3 ?0 \  B! l1 W, o8 G& r! i- ]- k) @' _  ^- _
$ _2 i$ R' p9 j. _8 z, S3 u

" |  Y- j+ @) x* Y" [; M, b) a, C; m2 l  N3 z% `' z
, @& C( y# y1 s

/ f9 ~* x$ y3 U. w6 Y
7 P, |; v4 f3 ?3 s( z2 x
7 A1 D2 ^% w4 |

5 Z: ?% M6 G6 {; W& A+ V- [( ]9 g$ w0 I* b
- `7 v' i! ~6 s, H" U' B
在内置的Flash里面添加一个BootLoader程序,BootLoader程序和user application各有一个中断向量表,假设BootLoader程序占用的空间为N+M字节,则程序的走向应该如图2-2所示(借用网友的原图并做改动,其中虚线部分为原图步骤④⑤的走向,本人改为指向灰色部分)。

/ K' A5 i- h3 |' s  c8 f8 B' ]' V. ^* J9 r

  D2 P! P/ F# {; Y" _: p; t1 C) k; h  f8 \  C7 r8 [* v
上电初始程序依然从0x08000004处取出复位中断向量地址,执行复位中断函数后跳转到IAP的main(标号①所示),在IAP的main函数执行完成后强制跳转到0x08000004+N+M处(标号②所示),最后跳转到新的main函数中来(标号③所示),当发生中断请求后,程序跳转到新的中断向量表中取出新的中断函数入口地址,再跳转到新的中断服务函数中执行(标号④⑤所示),执行完中断函数后再返回到main函数中来(标号⑥所示)。

( o, T7 J/ }% j
0 N1 X# s* M8 P' ]
对于步骤④⑤,网友认为是:“在main执行的过程中,如果CPU得到一个
中断请求,PC指针仍强制跳转到地址0x08000004中断向量表处,而不是新的中断向量表,如图标号④所示,程序再根据我们设置的中断向量表偏移量,跳转到对应中断源新的中断服务程序中,如图标号⑤所示”。我对此的理解是:“当发生中断后,程序从0x08000004(旧)处的中断向量表中得到相应的中断服务函数入口地址,继而跳转到相应的中断服务程序”。但是旧的中断向量列表里边存放的是IAP程序中断函数的入口地址,它是如何得到user程序中断函数的入口地址呢?所以我觉得此种说法是错误的。“当发生中断时PC指针强制会跳转到0x08000004处”这种说法并没有错,只是忽略了后续的一些知识要点而导致这个说法出现矛盾。
; @1 e$ T  M. [4 n& j/ K( Z+ l* _3 p$ I" j. t, F

! m) k" o# I  e. O( {# w8 E对于步骤④⑤我认为的是,在main函数的执行过程中,如果CPU得到一个中断请求,PC指针本来应该跳转到0x08000004处的中断向量表,由于我们设置了中断向量表偏移量为N+M,因此PC指针被强制跳转到0x08000004+N+M处的中断向量表中得到相应的中断函数地址(待求证),再跳转到相应新的中断服务函数,执行结束后返回到main函数中来。
, j7 [- r/ {+ S! }9 @1 A2 F# s* I! {/ B

IAP流程描述:1、IAP的bootloader引导程序

IAP在应用中编程,可以拓展成远程网络更新应用固件。
+ N( A  v2 s4 r; L# T( g片内的flash,至少划分成2个分区,对应至少两个完整的程序;* a& a5 ^- h  s6 J* C+ ]5 @
低地址分区端推荐放入IAP程序==bootloader引导程序(这里边的手段可以是串口、网络等不同的方式),高地址分区端推荐烧写app固件。4 z2 Y( `2 M' T" K
关键点提及:. L5 O& L- j2 n7 P$ C6 _: C8 }
IAP程序中,当满足跳转条件(被触发)时,执行跳转代码到app应用固件程序,跳转代码流程:  k; v  m' }% N. @$ J* h, s
至少需要设定跳转目的地的app应用固件 栈顶指针,:

' b. d) I8 p0 Y: u2 n5 I: C* ?

  1. /* Initialize user application's Stack Pointer */
    " }9 [* v+ [# m9 N4 O5 @
  2. __set_MSP(*(__IO uint32_t*) USER_FLASH_FIRST_PAGE_ADDRESS);
复制代码

9 J9 _7 Q% C: F5 r1 {- ^! U

其中,app应用固件的分区地址:

' z' W+ G2 ^. r+ T' y

  1. #define USER_FLASH_FIRST_PAGE_ADDRESS 0x08009000
复制代码
7 G( p. O* Z3 u- V3 u' ]
0 x; S! l$ t2 a3 K( |
2、app应用固件
  l. w2 N3 j; j

需要两处的更改,不然错误未知) }* ?& O/ g- n9 Q
IROM设置如图:

  h' @, b4 L2 {/ Z


" `. }, d1 N: S# r: D1 D1 D& x: V* l( {6 b
中断向量表偏移:


. f1 p* B) j5 s6 Z& F& C7 z


- ?/ k# `  E  R4 T9 @9 z% n! o- K) f9 P8 x3 @2 y' Q2 ?0 S+ L4 J

  1. NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH,VectorTable_Offset);0 \" s2 c' }1 E3 W& z( U- [( Z
复制代码

1 z& W- Q! b3 W! }- J: n
; j& G3 G6 R0 C
* U4 A: y7 a5 n) G

其中:

- p1 J- L' `, \$ Q

  1. #define NVIC_VectTab_FLASH           ((uint32_t)0x08000000)! m0 g6 Q% c/ s- z
  2. #define VectorTable_Offset  0x9000
复制代码
: q* @, b- H5 {: ^* u. l, @; N- ?

查错:
) J2 o5 q0 }2 S$ y) \  T6 D- e

如果做了上边的工作,IAP依然无法顺利执行跳转至app应用程序,可以查看.map和.bin文件,确定是否如实的改变的中断向量表的偏移和栈顶指针,如图:


3 u- Z4 n4 B3 E6 M; F

- w& f- B. k, E. [

  p" p9 N0 R# ~
( G$ |3 G& `+ [# A! J9 j
; \- s1 k8 k9 S
.bin文件:
% a* Z* Z5 _1 ?: p
1 v* A$ r2 x# H$ M8 w' f
: c+ q& Q$ d6 {; |1 _

0 Y$ V$ v9 ^0 P6 O. a! r' I& g可以看到,主栈顶MSP地址=0x2000C8C8、reset_handler地址=0x08009189
) h3 `. c; I/ R4 N" ^- @$ p如此,才能生效,否则,可能原因:
+ s% t. q; \/ r! i# N# B/ R修改后的向量表偏移,在之后的程序中,又再次被还原,通过如下的函数:


( b2 [( \6 V$ E2 T

  1. void NVIC_SetVectorTable(uint32_t NVIC_VectTab, uint32_t Offset);
    ) N; L% a$ ?7 Z) \$ A. L
  2. void SystemInit (void);$ J: P9 ^* t6 L5 Y7 p1 M
  3. SCB->VTOR = FLASH_BASE | VECT_TAB_OFFSET;
复制代码
/ P# v5 b, C9 ]3 z1 z

附:" c* j2 Y8 Z# e1 m& B

1、如需要.hex文件转.bin,参见上边的文章
3 q" u5 ~3 t$ _8 ~* i# J) y当然,就算使用.hex文件,同样可以升级,只是需要修改IAP中判定已经升级的文件是否有效,文件条件部分的代码,

+ C  g# d# P8 P/ ~

  1. if(((*(__IO uint32_t*)USER_FLASH_FIRST_PAGE_ADDRESS) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000)
复制代码

9 g8 L( C( G% y
) U; v. H* |7 f  b" V  |/ ]: ?$ O! G

2、地址偏移后的app应用程序,是否能够独立的运行?
( P0 V2 ]: J& v不能,理由:

( w8 v8 h: g) d# d7 [# {3 l

1 ?4 D6 v7 _9 [8 u0 {9 q2 |, ]
' ]8 u( d: z1 E2 ?' M
可知,开机上电并不能够找到我们指定的偏移后的向量表。

5 ]6 @3 l: ^3 m- ]% O$ v+ ~' m
8 F' [8 v# G9 V( U" V7 L2 w

9 n9 d- j0 ~, Q+ {1 x- x; |9 W- D9 }& s
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