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STM32在线升级(IAP)超详细图解 及 需要注意的问题...

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STMCU-管管 发布时间:2020-11-16 14:36
STM32在线升级(IAP)超详细图解 及 需要注意的问题解决
IAP 是啥
: ]. o/ E- k' {' Q0 Y0 e  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。% L4 D  m2 K, y5 a
  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
0 u3 Y% `4 a: j在这里插入图片描述+ ?2 R0 l8 @6 H- f
12.png
STM32 MCU启动配置
9 `: e8 y4 `0 G. a  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:" W3 e( m& \# \, ?$ X
BootConfig
: V8 V" o# W5 ?0 y% F. Z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。
8 x' n. V2 q$ r. [& ^: {
13.png
IAP 实现1 Z# m5 P" D- F% Y) X/ m  V8 p& p
  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:+ i8 o- M4 L# d* ^
14.png
实际的IAP流程如下:
/ n6 y0 B6 \  _. c8 D
15.png
就是这么简单!, Q8 Y8 v. n0 O1 U4 y% z* D
6 J7 y9 x0 X7 S0 l7 F
9 t4 B" o  ]+ d' i, o1 X; `+ \
注意:
0 Y3 @: _* G. b(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)
$ H# t0 C/ F* \& E5 T. d2 [; h* b(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!# L/ {) j7 ]/ B5 T
(3)MCU根据Boot引脚配置将指定地址映射为0x地址!
, a  _3 {" i/ w/ r, g1 `
16.png
IAP 启动5 D% J2 e" E/ o% ]! J3 h) d
  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:
& t5 m& R7 ]% G8 I! q) HStartup
+ s' X" g- k: t' 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!& |4 d* B5 [+ ^( v4 h$ T8 {
  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)。
# d/ s$ V; z) a7 Z  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)。3 [4 k8 X" D# `4 Z4 p8 u, q* L
  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。
& I0 t- Q2 T4 z! v& W/ a  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。
7 J  c" L" f2 b* }* g
% i' ^* I" [% S& b0 x
/ w; Y7 l; K: `9 _+ H+ Z! d
程序实现
3 ?! _( S) |# W( r* o  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:* [9 J. {* `0 T1 _9 l2 A8 H( N

+ T! k4 _: n! L# k) N8 C
# Y' V' {! e: y; _
使用 分散加载文件 实现起来会比较方便( p- h. i( T$ v8 f
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:  b" x% W0 N1 b# i# o# Z6 z
使用分散加载文件在内存中指定一块区域:
5 U4 M1 [" b; |/ D/ D% B; k% \8 e6 k
  1. #if   (defined ( __CC_ARM ))* `/ _9 I. Y; Z6 ], U$ Y6 B
  2.           __IO uint32_t VectorTable[48] __attribute__((section("SECTION_APP_VECTOR")));
    # @  }; B, D+ K
  3.         #elif (defined (__ICCARM__))8 _- @8 y& T/ U
  4.         #pragma location = 0x20000000
    8 \8 j% x  z& I3 Q) \4 C
  5.           __no_init __IO uint32_t VectorTable[48];
    5 [) d/ ^+ T9 }
  6.         #elif defined   (  __GNUC__  )
    1 @3 h) l! O7 G* ?
  7.           __IO uint32_t VectorTable[48] __attribute__((section(".RAMVectorTable")));
    % F0 ]2 j3 z/ E: x9 \
  8.         #elif defined ( __TASKING__ )' j7 j9 g1 c3 `" [- T( w
  9.           __IO uint32_t VectorTable[48] __at(0x20000000);
    3 `# c/ U. k) q7 \& Y3 X
  10.         #endif
复制代码

7 _" N9 s3 y4 E& H" w  u2.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
7 r: u, u5 Q$ Y5 {
  1. static void SetVectorTable(void)
    * q& v" k! r1 t" E. U
  2. {6 m. X0 [+ F- n* m5 H0 Y
  3.         int i;
    7 v. ^  ^5 S! L7 b3 [  o

  4. % l; G3 E5 U& s
  5.         /*!< At this stage the microcontroller clock setting is already configured,
    % }8 H  y- U( S1 L4 g) v' F
  6.         this is done through SystemInit() function which is called from startup; p8 p& e  P# }$ n) }: P7 \3 u
  7.         file (startup_stm32f0xx.s) before to branch to application main.
    0 u9 {) n8 D+ S# M
  8.         To reconfigure the default setting of SystemInit() function, refer to
    ) |4 \$ G3 S/ g' F" ]) T
  9.         system_stm32f0xx.c file
    , Q, Q% f. x: v  K1 i* @( R
  10.         */ ( X' J" y2 \  m% S" y

  11. / Z3 t/ T1 U2 G6 V! l: _& s. i
  12.         /* Relocate by software the vector table to the internal SRAM at 0x20000000 ***/  
    5 A5 I6 M. n' j+ n4 S
  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. */5 y+ s) j) }% Q: b/ K
  14.         for(i = 0; i < 48; i++)
    % y2 |5 j4 P! e% O" G
  15.         {
    3 @  P' L8 y7 [
  16.                 VectorTable[i] = *(__IO uint32_t*)(APP_SPACE_ADDR + (i<<2));
    3 f0 Z3 x3 A9 n( o/ M
  17.         }! Y! \9 q+ t8 {7 V- W. s' m
  18. : E2 S- w4 c. q
  19.         /* Enable the SYSCFG peripheral clock */4 d6 |" u& R9 B( |! m
  20.         RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_SYSCFG, ENABLE);        /* 注意:ST官方例程使用 RCC_APB2PeriphResetCmd是不对的 */7 y0 q, C. [% n8 L! G
  21.         /* Remap SRAM at 0x00000000 */
    5 q  W' O; w3 v$ Y1 B
  22.         SYSCFG_MemoryRemapConfig(SYSCFG_MemoryRemap_SRAM);( E, h: T% u+ A! c
  23. }
复制代码

; t+ ^% P/ ~* r& d5 b* v% A4 o3.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:4 k1 i: y: @; D% v; W8 B6 t
   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 APP5 y3 Y+ ]4 x7 B- v
   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!$ y) i% k2 f, d: o$ j

: W, \2 L- D  h: X  ~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。7 [/ a8 Q% R, j0 V( n+ {7 d( ^

( \3 E' c" R$ d8 {- B' K0 A$ E
  L+ i' z* @' ^
& D' r! m+ p& o. g. c
3 {9 n7 P$ p* c

. K: V8 }0 t: B0 A$ |

$ o7 d; o2 I* z0 P9 r- J( H0 ?7 ]' ?6 q- Z- E
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