【经验分享】STM32H7的系统bootloader之串口IAP固件升级

[复制链接]

STMCU小助手发布时间：2021-11-2 23:51

文章
文章封面:
文章简介:	本章节为大家讲解使用系统bootloader做程序升级的方法，即使不依赖外部boot引脚也可以方便升级。

69.1 初学者重要提示
  学习本章节前，务必优先学习第67章。
  特别注意STM32H7的系统BootLoader地址并不是0x1FFF 0000。
  本章节的串口IAP下载软件使用STM32CubeProg，此软件实现了之前的DfuSe，STLINK小软件和Flashloader三合一，并且支持外部EEPROM，NOR Flash，SPI Flash，NAND Flash等烧写，也支持OTA编程。
  使用系统bootloader做串口IAP升级时，MicroUSB接口不要接线到电脑端，因为这会导致系统bootloader工作在USB DFU模式，无法再使用串口IAP。

69.2 跳转到系统bootLoader的程序设计
程序设计如下，基本是按照第67章3.2小节的方法进行设计

1. /*
2. ******************************************************************************************************
3. * 函数名: JumpToBootloader
4. * 功能说明: 跳转到系统BootLoader
5. * 形参: 无
6. * 返回值: 无
7. ******************************************************************************************************
8. */
9. static void JumpToBootloader(void)
10. {
11. uint32_t i=0;
12. void (*SysMemBootJump)(void); /* 声明一个函数指针 */
13. __IO uint32_t BootAddr = 0x1FF09800; /* STM32H7的系统BootLoader地址 */
14.
15. /* 关闭全局中断 */
16. DISABLE_INT();
17.
18. /* 关闭滴答定时器，复位到默认值 */
19. SysTick->CTRL = 0;
20. SysTick->LOAD = 0;
21. SysTick->VAL = 0;
22.
23. /* 设置所有时钟到默认状态，使用HSI时钟 */
24. HAL_RCC_DeInit();
25.
26. /* 关闭所有中断，清除所有中断挂起标志 */
27. for (i = 0; i < 8; i++)
28. {
29. NVIC->ICER=0xFFFFFFFF;
30. NVIC->ICPR=0xFFFFFFFF;
31. }
32.
33. /* 使能全局中断 */
34. ENABLE_INT();
35.
36. /* 跳转到系统BootLoader，首地址是MSP，地址+4是复位中断服务程序地址 */
37. SysMemBootJump = (void (*)(void)) (*((uint32_t *) (BootAddr + 4)));
38.
39. /* 设置主堆栈指针 */
40. __set_MSP(*(uint32_t *)BootAddr);
41.
42. /* 在RTOS工程，这条语句很重要，设置为特权级模式，使用MSP指针 */
43. __set_CONTROL(0);
44.
45. /* 跳转到系统BootLoader */
46. SysMemBootJump();
47.
48. /* 跳转成功的话，不会执行到这里，用户可以在这里添加代码 */
49. while (1)
50. {
51.
52. }
53. }

复制代码

这里把程序设计中的几个关键地方做个说明：

  第12行，声明一个函数指针。
  第13行，这个要特别注意，H7的系统Bootloader地址在0x1FF09800。
  第19到21行，设置滴答定时器到复位值。
  第24行，此函数比较省事，可以方便的设置H7所有时钟到复位值，内部时钟使用HSI。
  第27到31行，清除所有中断挂起标志并关闭中断，这里是直接通过一个for循环设置了NVIC所有配置位，共8组。

aHR0cHM6Ly9pbWcyMDIwLmNuYmxvZ3MuY29tL2Jsb2cvMTM3OTEwNy8yMDIwMDMvMTM3OTEwNy0yMDIw.png

  第37行，将系统bootLoader的中断复位服务程序的入口地址赋给第12行声明的函数，用户执行这个函数时，就会直接跳转过去。
  第40行，设置主堆栈指针位置，即系统bootloader的首地址存储的就是栈地址。
  第43行，这个设置在RTOS应用程序中比较重要，因为基于Cortex-M内核的RTOS任务堆栈基本都是使用线程堆栈指针PSP。但系统bootLoader使用的是主堆栈指针MSP，所以务必要设置下，同时让M内核工作于特权级。此寄存器的作用：

第46行，跳转到系统bootLoader。
69.3 STM32CubeProg的安装说明
STM32CubeProg的安装比较简单，如果大家的电脑中缺少JAVA环境，会提示安装，按照提示操作即可。

这里特别注意USB DFU驱动的安装，如果大家的电脑上安装了DfuSe软件，那边板子工作在系统bootLoader模式时，电脑端的设备管理器识别出来的标识是这样的：

如果用STM32CubeProg的话，务必要将此驱动删掉，鼠标右击此标识，选择卸载，弹出如下对话框：

卸载完毕后，重启电脑，然后运行STM32CubeProg安装目录里面的STM32Bootloader.bat即可，最后插上设备就可以正常识别了。识别后的标识：

69.4 STM32CubeProg的程序下载说明
这里把两种下载方式都做个说明，一种是设置外部boot引脚进行下载，另一种是设置程序跳转到系统botloader进行下载。

69.4.1 选择好用的串口线
（注：MicroUSB接口不要接线到电脑端，因为这会导致系统bootloader工作在USB DFU模式，无法再使用串口IAP）

选择好用的USB线很重要，比如我们开发板赠送的那根USB转RS232串口线是不可以用在这里做串口IAP的，这根线只能用于一般的串口通信和串口打印功能。

当前我这里是用的我们H7-TOOL的USB转TTL输出，注意交叉方式连接，即RX接TX，TX接RX。GNG接GND。

注，我这里没有接共地线，推荐大家接上，3.3V可以不接。

69.4.2 设置boot引脚跳转到系统botLoader
第1步：板子上电前按住右下角的BOOT引脚。

第2步：板子上电3秒左右，松手。
在电脑端设备管理器就可以看到已经识别出来：

69.4.3 应用程序跳转到系统bootloader
应用程序跳转到系统bootLoader比较方便，无需用户操作外置的boot引脚了，只需调用本章第2小节的程序就可以跳转。本章配套的例子是用户按下按键K1后执行跳转程序，大家可以根据需要实现各种触发跳转的方式。跳转成功后，在电脑端设备管理器里面也会看到bootloader标识：

69.4.4 STM32CubeProg下载程序设置
识别成功后就可以下载程序了。

第1步，选择UART方式，配置使用的串口号，串口波特率115200和偶校验，点击Connect按钮。

识别成功后的效果如下：

第2步，添加要下载的hex文件，勾选需要设置的选项，点击启动编程。

Start address选项不填的话，默认会下载到内部Flash的首地址，保险起见，大家也可以填上首地址0x0800 0000，或者其它要下载的地址。
Run after programming选项可以根据需要勾上，如果勾上此选项后，下载完毕程序后，会自动断开连接，并弹出一些列窗口，最终弹出下面这个窗口：

弹出这个窗口并不是表示下载失败了，而是下载完成后退出了系统bootloader，启动用刚刚下载的程序了。

第3步，完成下载后的效果如下：

下载完成后板子重新上电就可以看到程序已经成功下载了。

69.5 串口方式系统Bootloader驱动移植和使用
系统bootloader的移植比较简单，仅需添加本章第2小节的程序到自己工程里面即可。里面有个开关中断API，是在bsp.h文件里面定义的：

/* 开关全局中断的宏 */
#define ENABLE_INT() __set_PRIMASK(0) /* 使能全局中断 */
#define DISABLE_INT() __set_PRIMASK(1) /* 禁止全局中断 */

复制代码

69.6 实验例程设计框架
通过程序设计框架，让大家先对配套例程有一个全面的认识，然后再理解细节，本次实验例程的设计框架如下：

第1阶段，上电启动阶段：

这部分在第14章进行了详细说明。
第2阶段，进入main函数：

第1部分，硬件初始化，主要是MPU，Cache，HAL库，系统时钟，滴答定时器和LED。
第2部分，应用程序设计部分，K1按键按下后跳转到系统bootloader。。
69.7 实验例程说明（MDK）
配套例子：

V7-048_基于系统bootloader的串口IAP方式固件升级

实验目的：

学习基于系统bootloader的串口IAP方式固件升级。
实验内容：

STM32的系统存储区自带bootLoader，可以方便的实现串口，I2C，CAN，SPI，USB等接口方式的程序升级。
如果使用系统bootLoader支持的接口升级方式，基本就不需要用户自己做bootLoader了。
除了通过boot引脚控制启动地址，也可以直接从应用程序里面跳转到系统存储区。
实验操作：

K1键按下，跳转到系统bootLoader。
上电后串口打印的信息：

波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1。

程序设计：

系统栈大小分配：

RAM空间用的DTCM：

硬件外设初始化

硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现：

/*
*********************************************************************************************************
* 函数名: bsp_Init
* 功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次
* 形参：无
* 返回值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{
/* 配置MPU */
MPU_Config();
/* 使能L1 Cache */
CPU_CACHE_Enable();
/*
STM32H7xx HAL 库初始化，此时系统用的还是H7自带的64MHz，HSI时钟:
- 调用函数HAL_InitTick，初始化滴答时钟中断1ms。
- 设置NVIV优先级分组为4。
*/
HAL_Init();
/*
配置系统时钟到400MHz
- 切换使用HSE。
- 此函数会更新全局变量SystemCoreClock，并重新配置HAL_InitTick。
*/
SystemClock_Config();
/*
Event Recorder：
- 可用于代码执行时间测量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。
- 默认不开启，如果要使能此选项，务必看V7开发板用户手册第xx章
*/
#if Enable_EventRecorder == 1
/* 初始化EventRecorder并开启 */
EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
EventRecorderStart();
#endif
bsp_InitDWT(); /* 初始化DWT时钟周期计数器 */
bsp_InitKey(); /* 按键初始化，要放在滴答定时器之前，因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */
bsp_InitTimer(); /* 初始化滴答定时器 */
bsp_InitUart(); /* 初始化串口 */
bsp_InitExtIO(); /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */
bsp_InitLed(); /* 初始化LED */
bsp_InitExtSDRAM(); /* 初始化SDRAM */
}

复制代码

MPU配置和Cache配置：

数据Cache和指令Cache都开启。配置了AXI SRAM区（本例子未用到AXI SRAM）和FMC的扩展IO区。

/*
*********************************************************************************************************
* 函数名: MPU_Config
* 功能说明: 配置MPU
* 形参: 无
* 返回值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void MPU_Config( void )
{
MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;
/* 禁止 MPU */
HAL_MPU_Disable();
/* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate，Write allocate */
MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE;
MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x24000000;
MPU_InitStruct.Size = MPU_REGION_SIZE_512KB;
MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
MPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_CACHEABLE;
MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER0;
MPU_InitStruct.TypeExtField = MPU_TEX_LEVEL1;
MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
/* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */
MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE;
MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x60000000;
MPU_InitStruct.Size = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;
MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
MPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;
MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER1;
MPU_InitStruct.TypeExtField = MPU_TEX_LEVEL0;
MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
/*使能 MPU */
HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
}
/*
*********************************************************************************************************
* 函数名: CPU_CACHE_Enable
* 功能说明: 使能L1 Cache
* 形参: 无
* 返回值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void CPU_CACHE_Enable(void)
{
/* 使能 I-Cache */
SCB_EnableICache();
/* 使能 D-Cache */
SCB_EnableDCache();
}

复制代码

每10ms调用一次蜂鸣器处理：

蜂鸣器处理是在滴答定时器中断里面实现，每10ms执行一次检测。

/*
*********************************************************************************************************
* 函数名: bsp_RunPer10ms
* 功能说明: 该函数每隔10ms被Systick中断调用1次。详见 bsp_timer.c的定时中断服务程序。一些处理时间要求
* 不严格的任务可以放在此函数。比如：按键扫描、蜂鸣器鸣叫控制等。
* 形参: 无
* 返回值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_RunPer10ms(void)
{
bsp_KeyScan10ms();
}

复制代码

  主功能：

主程序实现如下操作：

  启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
  K1键按下，跳转到系统BootLoader。

/*
*********************************************************************************************************
* 函数名: main
* 功能说明: c程序入口
* 形参: 无
* 返回值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
uint8_t ucKeyCode; /* 按键代码 */
bsp_Init(); /* 硬件初始化 */
PrintfLogo(); /* 打印例程名称和版本等信息 */
PrintfHelp(); /* 打印操作提示 */
bsp_StartAutoTimer(0, 100); /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
while (1)
{
bsp_Idle(); /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */
/* 判断定时器超时时间 */
if (bsp_CheckTimer(0))
{
/* 每隔100ms 进来一次 */
bsp_LedToggle(2);
}
/* 按键滤波和检测由后台systick中断服务程序实现，我们只需要调用bsp_GetKey读取键值即可。 */
ucKeyCode = bsp_GetKey(); /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
if (ucKeyCode != KEY_NONE)
{
switch (ucKeyCode)
{
case KEY_DOWN_K1: /* K1键按下，K1键按下，跳转到系统BootLoader */
JumpToBootloader();
break;
default:
/* 其它的键值不处理 */
break;
}
}
}
}

复制代码

69.8 实验例程说明（IAR）
配套例子：

V7-048_基于系统bootloader的串口IAP方式固件升级

实验目的：

学习基于系统bootloader的USB接口方式IAP升级。
实验内容：

STM32的系统存储区自带bootLoader，可以方便的实现串口，I2C，CAN，SPI，USB等接口方式的程序升级。
如果使用系统bootLoader支持的接口升级方式，基本就不需要用户自己做bootLoader了。
除了通过boot引脚控制启动地址，也可以直接从应用程序里面跳转到系统存储区。
实验操作：

K1键按下，跳转到系统bootLoader。
上电后串口打印的信息：

波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1。

程序设计：

系统栈大小分配：

RAM空间用的DTCM：

硬件外设初始化

硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现：

/*
*********************************************************************************************************
* 函数名: bsp_Init
* 功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次
* 形参：无
* 返回值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{
/* 配置MPU */
MPU_Config();
/* 使能L1 Cache */
CPU_CACHE_Enable();
/*
STM32H7xx HAL 库初始化，此时系统用的还是H7自带的64MHz，HSI时钟:
- 调用函数HAL_InitTick，初始化滴答时钟中断1ms。
- 设置NVIV优先级分组为4。
*/
HAL_Init();
/*
配置系统时钟到400MHz
- 切换使用HSE。
- 此函数会更新全局变量SystemCoreClock，并重新配置HAL_InitTick。
*/
SystemClock_Config();
/*
Event Recorder：
- 可用于代码执行时间测量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。
- 默认不开启，如果要使能此选项，务必看V7开发板用户手册第xx章
*/
#if Enable_EventRecorder == 1
/* 初始化EventRecorder并开启 */
EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
EventRecorderStart();
#endif
bsp_InitDWT(); /* 初始化DWT时钟周期计数器 */
bsp_InitKey(); /* 按键初始化，要放在滴答定时器之前，因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */
bsp_InitTimer(); /* 初始化滴答定时器 */
bsp_InitUart(); /* 初始化串口 */
bsp_InitExtIO(); /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */
bsp_InitLed(); /* 初始化LED */
bsp_InitExtSDRAM(); /* 初始化SDRAM */
}

复制代码

MPU配置和Cache配置：

数据Cache和指令Cache都开启。配置了AXI SRAM区（本例子未用到AXI SRAM）和FMC的扩展IO区。

/*
*********************************************************************************************************
* 函数名: MPU_Config
* 功能说明: 配置MPU
* 形参: 无
* 返回值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void MPU_Config( void )
{
MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;
/* 禁止 MPU */
HAL_MPU_Disable();
/* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate，Write allocate */
MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE;
MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x24000000;
MPU_InitStruct.Size = MPU_REGION_SIZE_512KB;
MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
MPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_CACHEABLE;
MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER0;
MPU_InitStruct.TypeExtField = MPU_TEX_LEVEL1;
MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
/* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */
MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE;
MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x60000000;
MPU_InitStruct.Size = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;
MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
MPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;
MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER1;
MPU_InitStruct.TypeExtField = MPU_TEX_LEVEL0;
MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
/*使能 MPU */
HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
}
/*
*********************************************************************************************************
* 函数名: CPU_CACHE_Enable
* 功能说明: 使能L1 Cache
* 形参: 无
* 返回值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void CPU_CACHE_Enable(void)
{
/* 使能 I-Cache */
SCB_EnableICache();
/* 使能 D-Cache */
SCB_EnableDCache();
}

复制代码

每10ms调用一次蜂鸣器处理：

蜂鸣器处理是在滴答定时器中断里面实现，每10ms执行一次检测。

/*
*********************************************************************************************************
* 函数名: bsp_RunPer10ms
* 功能说明: 该函数每隔10ms被Systick中断调用1次。详见 bsp_timer.c的定时中断服务程序。一些处理时间要求
* 不严格的任务可以放在此函数。比如：按键扫描、蜂鸣器鸣叫控制等。
* 形参: 无
* 返回值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_RunPer10ms(void)
{
bsp_KeyScan10ms();
}

复制代码

主功能：

主程序实现如下操作：

启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
K1键按下，跳转到系统BootLoader。

/*
*********************************************************************************************************
* 函数名: main
* 功能说明: c程序入口
* 形参: 无
* 返回值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
uint8_t ucKeyCode; /* 按键代码 */
bsp_Init(); /* 硬件初始化 */
PrintfLogo(); /* 打印例程名称和版本等信息 */
PrintfHelp(); /* 打印操作提示 */
bsp_StartAutoTimer(0, 100); /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
while (1)
{
bsp_Idle(); /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */
/* 判断定时器超时时间 */
if (bsp_CheckTimer(0))
{
/* 每隔100ms 进来一次 */
bsp_LedToggle(2);
}
/* 按键滤波和检测由后台systick中断服务程序实现，我们只需要调用bsp_GetKey读取键值即可。 */
ucKeyCode = bsp_GetKey(); /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
if (ucKeyCode != KEY_NONE)
{
switch (ucKeyCode)
{
case KEY_DOWN_K1: /* K1键按下，K1键按下，跳转到系统BootLoader */
JumpToBootloader();
break;
default:
/* 其它的键值不处理 */
break;
}
}
}
}