STM32在线升级（IAP）超详细图解 及 需要注意的问题解决

IAP 是啥
) y: J4 g3 J* m0 w% ^) o% H- F  IAP（ In Application Programming）即在应用编程，也就是用户可以使用自己的程序对MCU的中的运行程序进行更新，而无需借助于外部烧写器。其实ST官网也给出了IAP的示例程序，感兴趣的可以直接去官网搜索。
! I# v( e, U6 D% I! I. J4 n  这里有一点需要特殊注意，就是在MCU中，有一个特殊区域被称为 System memory。在这块区域中存放了ST公司自己的 bootloader 程序，它是在MCU出厂时，有ST固化到芯片中的，后续不能再更改。其中的 bootloader 程序也可以对MCU进行升级（DFU对芯片的编程应该就是用的这个Bootloader）。而且，芯片不同，BootLoader的功能也是有区别的。ST官网对于这些也是有详细文档的，后续再写篇文章介绍这一块。下图为部分芯片BootLoader版本及功能
在这里插入图片描述

STM32 MCU启动配置
  要实现IAP，首先要了解一下MCU是如何启动的。这一点在芯片的参考手册中都有详细的说明，不同的芯片手册所在位置可能不同，但是一般在第二章会有单独一节叫Boot configuration。如下图：
9 b$ L0 A7 u8 d% o4 {: dBootConfig
3 h* ^; F# X; a: s; X主要就是说，启动是通过管脚BOOT0和BOOT1的连接方式来控制的。这个是在硬件设计阶段设计好的。不同的配置决定了，MCU将何处映射到0x00000000。从这里又可以看到一点，MCU眼里只有0x00000000。至于为啥可以从Flash（0x08000000）启动，就是因为MCU内部做了映射。从其他位置启动时同理。

IAP 实现
' a* N3 C4 X! b  要实现IAP，则整个程序实现分为大程序（APP）和小程序（IAP）两部分。其中，APP主要接收升级数据并存储，IAP处理擦除APP，并重新写入升级数据。此外，IAP还应该可以独立接收升级数据的情况。但是，由于Cortex-M0核是没有中断向量表偏移寄存器的，这就导致了在Cortex-M0核的MCU上实现在线升级比较麻烦。在实际产品中，整个程序的基本组成结构：

实际的IAP流程如下：

就是这么简单！
/ u6 C! G* h5 L

注意：
（1）与 Cortex-M3 和 Cortex-M4 不同，Cortex-M0 没有中断向量表偏移寄存器（VTOR寄存器）
（2）Cortex-M3 r2p0 及其之前版本，中断向量表只能位于SRAM或者CODE区域，但是Cortex-M3 r2p1及之后，Cortex-M4 没有该限制！
4 z5 Q' |# V8 v. a! e: j8 L（3）MCU根据Boot引脚配置将指定地址映射为0x地址！
/ x: o, C+ C+ u7 x0 S! f

IAP 启动
  启动网上有很多文章介绍，但是或多或少不是很完善，我只做了一张相对来说比较详细的图，如下：
) \3 m% O/ Q2 f1 Q; g; vStartup
7 a! Y0 Z+ ~2 q0 v7 W8 c. e  Cortex-M内核规定，中断向量表开始的4个字节存放的是堆栈栈顶的地址，其后是中断向量表各中断服务程序的地址。当发生中断后程序通过查找该表得到相应的中断服务程序入口地址，然后再跳到相应的中断服务程序中执行，中断服务程序中最终调用用户实现的各函数。例如：main函数就是复位中断服务函数中调用的！
4 N+ @2 m4 s; Q5 b& B  在没有IAP时，上电后从0x08000004处取出复位中断向量的地址，然后跳转到复位中断程序的入口(标号①所示)，执行结束后跳转到main函数中(标号②所示)。通常main函数是个死循环，不会退出。在执行main函数的过程中发生中断，则STM32强制将PC指针指回中断向量表处(标号④所示)，从中断向量表中找到相应的中断函数入口地址，跳转到相应的中断服务函数(标号⑤所示)，执行完中断函数后再返回到main函数中来(标号⑥所示)。
% U4 j; K' ]4 f% v1 j* @  在添加IAP后，上电后仍然从0x08000004处取出复位中断向量的地址，然后跳转到复位中断程序的入口(标号①所示)，执行结束后跳转到小程序的main函数中(标号②所示)。在执行小程序main函数的过程中发生中断，则STM32强制将PC指针指回中断向量表处(标号④所示)，从中断向量表中找到相应的中断函数入口地址，跳转到相应的中断服务函数(标号⑤所示)，执行完中断函数后再返回到main函数中来(标号⑥所示)。而想要大程序执行，则必须在小程序中显示强制跳转（标号⑦）。
' w' j+ m, A1 b  在大程序的main函数的执行过程中，如果CPU得到一个中断请求，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，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。
  需要注意的是，复位中断比较特殊。产生复位后，PC的值会被硬件强制置为0x08000004。因为，在发生复位后，负责中断向量偏移的寄存器VTOR变为了0，因此，复位后的中断就变为了0x08000004。而其他中断发生时，VTOR为已经设置好的终端向量表偏移。


程序实现
* q- H: {' m+ M- Y4 x  有了上面的介绍，实现就比较简单了！其实我有设计了一套适用于全部STM32芯片的IAP模板，但是属于公司产品，不方便对外公布！简单说几个重点：

" ^, m' ]: f  P$ {
5 L$ S- U% i0 I% z7 y4 t使用 分散加载文件 实现起来会比较方便
4 A* T8 K1 K6 B: o3 h/ ^对于没有中断向量表偏移寄存器的MCU（主要是Cortex-M0核），一般采用将中断向量表复制到指定位置的内存中的方式实现：
' v8 k5 u* A0 E使用分散加载文件在内存中指定一块区域：

1. #if   (defined ( __CC_ARM ))
   
2.           __IO uint32_t VectorTable[48] __attribute__((section("SECTION_APP_VECTOR")));
   
3.         #elif (defined (__ICCARM__))
   
4.         #pragma location = 0x20000000
   
5.           __no_init __IO uint32_t VectorTable[48];
   
6.         #elif defined   (  __GNUC__  )
   , b4 U& p* N# x) D: l
7.           __IO uint32_t VectorTable[48] __attribute__((section(".RAMVectorTable")));
   ) ^7 [( i  \9 x8 K3 R: o$ X
8.         #elif defined ( __TASKING__ )
     [. D$ m( m$ W( d& ?
9.           __IO uint32_t VectorTable[48] __at(0x20000000);
   ! t4 t* {6 m3 \" I9 F
10.         #endif

复制代码

0 W- x  y* B% _6 [& ^7 c2.将APP的终端向量表复制到以上位置，设置中断向量表重映射

1. static void SetVectorTable(void)
   1 _* Z0 O2 i0 X9 n7 E
2. {
   ( I* i6 E* N% P/ h! L9 _
3.         int i;
   
4. 
   
5.         /*!< At this stage the microcontroller clock setting is already configured,
   ' ~' F) {, Y; y# K% u9 w
6.         this is done through SystemInit() function which is called from startup
   1 u# B+ C5 [! ^2 v; y1 U7 c
7.         file (startup_stm32f0xx.s) before to branch to application main.
   % D5 u$ j8 q( t2 y' d
8.         To reconfigure the default setting of SystemInit() function, refer to
   
9.         system_stm32f0xx.c file
   $ S/ `* W$ z  k  ?4 t
10.         */
    
11. 
    
12.         /* Relocate by software the vector table to the internal SRAM at 0x20000000 ***/  
    
13.         /* Copy the vector table from the Flash (mapped at the base of the application load address 0x08003000) to the base address of the SRAM at 0x20000000. */
    4 M5 }1 O4 z; o% X$ D! X7 b
14.         for(i = 0; i < 48; i++)
    
15.         {
    & _- t% @+ _# H% ?
16.                 VectorTable[i] = *(__IO uint32_t*)(APP_SPACE_ADDR + (i<<2));
    0 ]3 T5 W" w7 \& p! X6 a
17.         }
    
18. 
    
19.         /* Enable the SYSCFG peripheral clock */
    
20.         RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_SYSCFG, ENABLE);        /* 注意：ST官方例程使用 RCC_APB2PeriphResetCmd是不对的 */
    
21.         /* Remap SRAM at 0x00000000 */
    
22.         SYSCFG_MemoryRemapConfig(SYSCFG_MemoryRemap_SRAM);
    
23. }

复制代码

, H/ k, r& w+ ~' g6 H3.在由 IAP 跳转到 APP 时，一定注意把 IAP 中开启的外设全部关闭，否则在刚进入 APP中时，如果产生中断将导致死机等问题。 包括 SysTic 中断！！！包括 SysTic 中断！！！包括 SysTic 中断！！！这里可以做测试：
6 p8 E6 y4 R; T& }1 S   1.测试一：IAP 中开启串口，然后用上位机不停的发送数据，在发送数据过程中执行 IAP 跳转 APP
8 a: }; H6 w* N+ ?   2.将 SysTick 中断 配置时间很短（微秒级别），当程序跳转到 APP 后，会出现 先产生 SysTick 中断，然后才会到 main 函数。此时如果 SysTick 中断中有相关代码，将导致出现错误！

- N1 a0 Q3 f( ]5 v- A4.STM32 的 back SRAM 在 IAP 中和 APP 中都初始化时，将导致 APP中的初始化不起作用。如果 IAP 中有使用，则在跳转 APP前必须反初始化。

% S( Z$ ]' E( `( H7 v

6 J0 x8 D' a4 n  u3 E: x' P8 t

" N) j" H. V8 I4 p4 ~
7 [5 x0 r! A2 l7 E+ z