STM32在线升级（IAP）超详细图解 及 需要注意的问题解决

IAP 是啥
  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。
  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
4 q9 @3 H# g6 g" U8 Z在这里插入图片描述
$ I" ]9 |8 _8 W' _. C* k9 J- U2 G

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：
3 \2 T+ M. x4 @0 o& VBootConfig
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。
2 C- w2 l! g0 P6 J  e& ?

IAP 实现
  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：
! y0 u+ ]/ u5 E

实际的IAP流程如下：

就是这么简单！
6 Z% v0 \6 q0 l4 T8 Y5 D/ p

注意：
! r1 ?$ B# `& s# Q（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！
9 b/ [: q6 m5 E8 P+ e, l（3）MCU根据Boot引脚配置将指定地址映射为0x地址！

IAP 启动
  H! Q) P+ x& u6 z; t8 W; O$ m  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：
: d! r+ V4 T, d6 t3 UStartup
  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！
( H; M) Y4 x, _$ d' y) ]  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)。
  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）。
! h5 F0 X# P7 {! S0 i9 y  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。
/ Q. B: p- s3 G) C
+ [& s- e- Y' {) S
/ [* h$ f1 B. L9 ]6 ^程序实现
7 K1 {* t1 ?' n* k+ l9 P2 d, ^  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：
+ s! `& O; j, V  B& t% I

使用 分散加载文件 实现起来会比较方便
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：
, G+ C; c8 f7 F7 c' I' J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];
   ; e& P* X! w( D4 G
6.         #elif defined   (  __GNUC__  )
   
7.           __IO uint32_t VectorTable[48] __attribute__((section(".RAMVectorTable")));
   $ p4 a+ x% p. P1 _( B# A# F" p6 U
8.         #elif defined ( __TASKING__ )
   & A6 x+ N( Q% j
9.           __IO uint32_t VectorTable[48] __at(0x20000000);
   # A5 y, }3 E4 Y( {) E! i! A
10.         #endif

复制代码

2.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
9 e3 D$ i2 A) p- l2 D8 q) q; o

1. static void SetVectorTable(void)
   , u) o$ _6 A* W! P5 z3 Q. ^0 L
2. {
   # p2 G8 [- k3 y$ f* X" ^
3.         int i;
   ! ~8 I8 K. ~3 `0 L4 b
4. 
   
5.         /*!< At this stage the microcontroller clock setting is already configured,
   
6.         this is done through SystemInit() function which is called from startup
   
7.         file (startup_stm32f0xx.s) before to branch to application main.
   
8.         To reconfigure the default setting of SystemInit() function, refer to
   # R) j& l3 ]5 s6 W
9.         system_stm32f0xx.c file
   
10.         */
    
11. 
    8 R. X7 I  Y" K# I8 Y9 R
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. */
    
14.         for(i = 0; i < 48; i++)
    ! g0 }0 s. f2 l6 n8 i! i: S* h# w
15.         {
    
16.                 VectorTable[i] = *(__IO uint32_t*)(APP_SPACE_ADDR + (i<<2));
    
17.         }
    
18. 
    
19.         /* Enable the SYSCFG peripheral clock */
    , v' i3 P# q/ v8 d8 v& Q$ x" t
20.         RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_SYSCFG, ENABLE);        /* 注意：ST官方例程使用 RCC_APB2PeriphResetCmd是不对的 */
    ( K0 }+ W- V7 r- l
21.         /* Remap SRAM at 0x00000000 */
    7 z; _# h/ o8 v$ P1 w0 b
22.         SYSCFG_MemoryRemapConfig(SYSCFG_MemoryRemap_SRAM);
    9 Z2 [# R0 L& o
23. }

复制代码

3.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：
* k" o) s; C& l) o: S) G  u   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
   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！
  X' b' Z1 X2 S3 P8 M
4.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。
) Y4 A# V4 e. S2 D/ V& G

9 E) E2 {. G6 ?7 a! b
8 A1 g+ W/ E; {: l6 k


" Y: ]% s4 ], s
) v' C4 m1 c) Q: J6 q+ U