STM32在线升级（IAP）超详细图解 及 需要注意的问题解决

IAP 是啥
. J4 y! R6 @% ?( `  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。
0 Q" m8 C$ U, t. b% q; T# `# w( w  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
8 p( r& z6 z6 m9 S% o在这里插入图片描述
! b9 [$ w) L/ J- T

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：
" s- x3 a' o0 a  J' f6 ^2 JBootConfig
7 V, W/ l. [+ T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。
+ n$ i4 Y. H' @

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：
7 ]0 E9 {$ G: j% H/ p$ o0 n

实际的IAP流程如下：
+ ^7 [+ C; m( r3 j) I

就是这么简单！


' [! _# ?% r9 U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 v- J4 Z) l* Y# Q! I- b8 R（3）MCU根据Boot引脚配置将指定地址映射为0x地址！

IAP 启动
5 G0 J3 L; A$ L  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：
Startup
( Z1 Z4 E8 w7 K6 L$ ?. B9 J5 F  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！
8 H* v9 }9 A9 r6 A( f' N! z  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)。
% ~$ K% X. Z. H! F- }, {8 `; {! K  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）。
  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。
0 `7 X( R9 r. W  }5 u  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。
. ?0 `8 A- N9 _2 z0 h6 _
' K8 U) N! O' [) @% x/ F( C( j% c
5 r: F! j# {7 v5 B9 D. G程序实现
# m3 }& p9 B  ~1 X8 J5 t! [! i  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：


' X9 ^' h/ u. Y4 F5 T9 R使用 分散加载文件 实现起来会比较方便
$ F" k% z1 _% l# i% h8 X1 w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：
使用分散加载文件在内存中指定一块区域：
7 B5 ]/ i: }: v; V* ]0 T

1. #if   (defined ( __CC_ARM ))
   
2.           __IO uint32_t VectorTable[48] __attribute__((section("SECTION_APP_VECTOR")));
   
3.         #elif (defined (__ICCARM__))
   2 v, }. ]6 @( @1 E; s# K! s
4.         #pragma location = 0x20000000
   3 m6 s2 z# [, y7 G* w: j
5.           __no_init __IO uint32_t VectorTable[48];
   " G/ ?% m2 e" U+ |+ C
6.         #elif defined   (  __GNUC__  )
   $ P; u& j7 x8 y% X& P* Q
7.           __IO uint32_t VectorTable[48] __attribute__((section(".RAMVectorTable")));
   $ ~; h* a# S5 I' f+ T& w  D% X  T
8.         #elif defined ( __TASKING__ )
   - R& Y. N7 \" i* L* F( [% W% [
9.           __IO uint32_t VectorTable[48] __at(0x20000000);
   
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
1 s8 r$ E; I1 L

1. static void SetVectorTable(void)
   
2. {
   8 U4 B, W: P- @, _0 F3 {3 z
3.         int i;
   $ M6 t' Y7 }9 W' U9 Z! _$ S8 t
4. 
   , u7 a. G2 ?5 |: v# j- R
5.         /*!< At this stage the microcontroller clock setting is already configured,
   * N, `& p2 @9 i3 B# r: Y
6.         this is done through SystemInit() function which is called from startup
   $ ^- a6 v" h# k2 C
7.         file (startup_stm32f0xx.s) before to branch to application main.
   1 }% R1 G$ o( I
8.         To reconfigure the default setting of SystemInit() function, refer to
   
9.         system_stm32f0xx.c file
   $ S- L# u& c1 k; J# z! I
10.         */
    
11. 
    
12.         /* Relocate by software the vector table to the internal SRAM at 0x20000000 ***/  
    * F" T( i$ |7 h9 I, }" N2 k6 y' r2 A
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 A. t, n9 e) V( S1 q$ J/ B
14.         for(i = 0; i < 48; i++)
    , A1 H+ I2 s& s5 F; r- W
15.         {
    
16.                 VectorTable[i] = *(__IO uint32_t*)(APP_SPACE_ADDR + (i<<2));
      S7 s& o* i& W! V6 v' N9 D
17.         }
    
18. 
    8 I; ?, r4 h. `
19.         /* Enable the SYSCFG peripheral clock */
    . s" M% _8 M3 ^# k
20.         RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_SYSCFG, ENABLE);        /* 注意：ST官方例程使用 RCC_APB2PeriphResetCmd是不对的 */
    % v  `/ i  Z8 P
21.         /* Remap SRAM at 0x00000000 */
    
22.         SYSCFG_MemoryRemapConfig(SYSCFG_MemoryRemap_SRAM);
    , y! n/ {' T+ J# @2 k4 ^8 O
23. }

复制代码

: e* x7 W$ E1 J# `( ^! f3.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：
7 F7 |; c4 c+ g7 ~6 I4 G   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
3 |7 _" g9 ^1 {0 c! A5 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！

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。


$ e$ D: `* A% a5 Z

2 H* S# ~& p# q/ s* Z9 @- u

2 g# X* x" E+ ^4 I% q3 \& ^# L