简介

本文主要讲解在线升级IAP的基础知识, 主要是针对IAP 从原理分析, 分区划分, 到代码编写和实验验证等过程阐述这一过程. 帮助大家加深对在线升级的认识.

1. 在线升级知识什么是BootLoader?

BootLoader可以理解成是引导程序, 它的作用是启动正式的App应用程序. 换言之, BootLoader是一个程序, App也是一个程序,  BootLoader程序是用于启动App程序的.

STM32中的程序在哪儿?

正常情况下, 我们写的程序都是放在STM32片内Flash中(暂不考虑外扩Flash). 我们写的代码最终会变成二进制文件, 放进Flash中 感兴趣的话可以在Keil>>>Debug>>>Memory中查看, 右边Memory窗口存储的就是代码

接下来就可以进入正题了.

进行分区

既然我们写的程序都会变成二进制文件存放到Flash中, 那么我们就可以进一步对我们程序进行分区. 我使用的是F103RB-NUCLEO开发板,他的Flash一共128页, 每页1K.见下图:

以它为例, 我将它分为三个区.BootLoader区、 App1区、 App2区(备份区)具体划分如下图:

• BootLoader区存放启动代码
• App1区存放应用代码
• App2区存放暂存的升级代码
  
  

总体流程图

• 先执行BootLoader程序, 先去检查APP2区有没有程序, 如果有就将App2区(备份区)的程序拷贝到App1区, 然后再跳转去执行App1的程序.
• 然后执行App1程序, 因为BootLoader和App1这两个程序的向量表不一样, 所以跳转到App1之后第一步是先去更改程序的向量表. 然后再去执行其他的应用程序.
• 在应用程序里面会加入程序升级的部分, 这部分主要工作是拿到升级程序, 然后将他们放到App2区(备份区), 以便下次启动的时候通过BootLoader更新App1的程序. 流程图如下图所示:
  
  

2. BootLoader的编写

本节主要讲解在线升级(OTA)的BooLoader的编写，我将以我例程的BootLoader为例, 讲解BootLoader(文末会提供免费的代码下载链接)，其他的大体上原理都差不多。

流程图分析

以我例程的BootLoader为例：

我将App2区的最后一个字节(0x0801FFFC)用来表示App2区是否有升级程序, STM32在擦除之后Flash的数据存放的都是0xFFFFFFFF, 如果有, 我们将这个地址存放0xAAAAAAAA. 具体的流程图见下图所示

程序编写和分析

所需STM32的资源有:

• 发送USART数据和printf重定向
• Flash的读写
• 程序跳转指令,可以参考如下代码:
  
  $ \# I. a" ]* h! a

1. 1/* 采用汇编设置栈的值 */
   
2. 2__asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
   
3. 3{
   8 \9 B( E% U* |9 O) N$ M+ x2 }
4. 4    MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值
   5 x, Q8 N6 p1 \: [. l
5. 5    BX r14
   + i7 N! F) m) J1 g" Y& S8 D9 F
6. 6}
   
7. 7
   2 p- P4 L5 F- y2 U0 u
8. 8
   
9. 9/* 程序跳转函数 */
   1 G! A4 Q6 S+ U! M) j
10. 10typedef void (*Jump_Fun)(void);
    : P% Q5 h7 I% {: w2 p1 H  a
11. 11void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
    4 T; Z+ G! d. b* Q0 Z0 V# S! P/ X
12. 12{
    
13. 13  Jump_Fun JumpToApp;
    
14. 14
    
15. 15  if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 )  //检查栈顶地址是否合法.
    
16. 16  {
    6 P; l9 H# m& x. l/ `$ k
17. 17    JumpToApp = (Jump_Fun) * ( __IO uint32_t *)(App_Addr + 4);  //用户代码区第二个字为程序开始地址(复位地址)
    
18. 18    MSR_MSP( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr );                  //初始化APP堆栈指针(用户代码区的第一个字用于存放栈顶地址)
    
19. 19    JumpToApp();                                                //跳转到APP.
    4 E8 t: l* y0 y% C- Z  \; S3 _
20. 20  }
    
21. 21}

复制代码

+ [  l7 C) X( @  f. @" x. r. {

• 在需要跳转的地方执行这个函数就可以了IAP_ExecuteApp(Application_1_Addr);
• 其他的代码请参考BootLoader源代码
  
  

3. APP的编写

本节主要讲解在线升级(OTA)的App1的编写以及整个流程的说明，我将以我例程的App为例, 采用Ymodem协议进行串口传输,讲解App的编写(后面会提供免费的代码下载链接), 其他的协议原理大体上都差不多, 都是通过某种协议拿到升级的代码。

流程图分析

以我例程的App1为例：

• 先修改向量表, 因为本程序是由BootLoader跳转过来的, 不修改向量表后面会出现问题；
• 打印版本信息, 方便查看不同的App版本；
• 本例程的升级程序采用串口的Ymoderm协议进行传输bin文件. 具体的流程图见下图所示：
  
  

程序编写和分析

所需STM32的资源有:

• 发送USART数据和printf重定向
• Flash的读写
• 串口的DMA收发
• YModem协议相关
  
  ' \" k6 n8 P) h

Ymodem协议

• 百度百科[Ymodem协议]
• 具体流程可自行查找相关文档, 这儿提供一个我找到的 XYmodem.pdf(文末和源码一起提供).
• Ymodem协议相关介绍可参考我的这篇教程 YModem介绍
  
  

7 I7 G, u. u, s代码分析

• 代码大多数都是通过串口实现Ymodem协议的接收, 这儿就不详细说明
• 后面放了我的源代码, 详情请参考我的源代码.
• 主函数添加修改向量表的指令
  ) H' X9 W9 P( Y# f4 s  y

• 打印版本信息以及跳转指令
  / N9 \8 T, x7 r# p* @

• YModem相关的文件接收部分
  

1. <font color="#000000" face="Tahoma" size="2">1/**
   
2. 2 * @bieaf YModem升级
   * c- D+ K% T" b* a* {; V) \
3. 3 *
   
4. 4 * @param none
   4 N% W9 u: c. X6 `$ S
5. 5 * @return none
   ' z3 ]! o* g, \. |) O$ M7 w
6. 6 */
   , U- A+ |! ]! ^
7. 7void ymodem_fun(void)
   
8. 8{
   3 k+ d  w9 V0 P7 N" e, W+ Z
9. 9    int i;
   
10. 10    if(Get_state()==TO_START)
    ; B( w( `+ c6 S4 T) K
11. 11    {
    $ Y0 x. K( f8 w* s0 R* t
12. 12        send_command(CCC);
    6 e, P1 v% \% `* T
13. 13        HAL_Delay(1000);
    : Z- }- g0 l- j, h; B) {
14. 14    }
    ( I+ {/ x* F% I1 X9 x. `+ j8 r3 b4 l: A0 C
15. 15    if(Rx_Flag)     // Receive flag
    9 D! D! G" m. z  q' n' P1 J
16. 16    {
    ) G9 U, [+ I* h1 C0 V2 ~4 m7 Z
17. 17        Rx_Flag=0;  // clean flag
    ! Q+ t" O. {  L" y0 I- ~* f. G" u7 Q
18. 18
    
19. 19        /* 拷贝 */
    4 R( L5 _  g; B) ?+ T# Q; [' _4 i
20. 20        temp_len = Rx_Len;
    
21. 21        for(i = 0; i < temp_len; i++)
    $ K1 B; @/ s9 F; K
22. 22        {
    ( H* ^" G0 F3 K. T. K/ R
23. 23            temp_buf = Rx_Buf;
    
24. 24        }
    
25. 25
    
26. 26        switch(temp_buf[0])
    , d  u9 l7 D: s! }% J3 {7 l* P
27. 27        {
    
28. 28            case SOH:///<数据包开始
    
29. 29            {
    
30. 30                static unsigned char data_state = 0;
    
31. 31                static unsigned int app2_size = 0;
    
32. 32                if(Check_CRC(temp_buf, temp_len)==1)///< 通过CRC16校验
      Y7 k8 c% N  }
33. 33                {                  
    ! j% M2 }1 O* P
34. 34                    if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始
    / b, A* `0 i5 F# _* O# ]
35. 35                    {
    0 }2 l' r- h( }" @/ H( [
36. 36                        printf("> Receive start...\r\n");
    5 j' u% h7 q8 j) n3 t, p
37. 37
    
38. 38                        Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
    6 `  B( Y! M6 d9 q, C
39. 39                        data_state = 0x01;                     
    ; c4 X5 B$ j9 g8 O0 C9 v* b
40. 40                        send_command(ACK);
    ! k4 Q" i8 F" m# i) r
41. 41                        send_command(CCC);
    
42. 42
    ! R8 i8 Z9 f( u8 |& }
43. 43                        /* 擦除App2 */                           
    
44. 44                        Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    ' O" Q2 Y: H2 }, q1 @4 Z3 M
45. 45                    }
    
46. 46                    else if((Get_state()==TO_RECEIVE_END)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 结束
    
47. 47                    {
    ' ]! h  ?) J" I) s$ `7 ^3 q0 }
48. 48                        printf("> Receive end...\r\n");
    
49. 49
    
50. 50                        Set_Update_Down();                     
    ( w" ]  m; V- u3 T- c( p0 M# F
51. 51                        Set_state(TO_START);
    
52. 52                        send_command(ACK);
    9 ]' m2 h0 Y% s+ C* y0 I
53. 53                        HAL_NVIC_SystemReset();
    
54. 54                    }                  
    ' E+ u% Y8 o) B! S6 ]6 E
55. 55                    else if((Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)&&(temp_buf[1] == data_state)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 接收数据
    
56. 56                    {
    
57. 57                        printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    4 F# Q5 g/ S& A$ G% _- _
58. 58
    
59. 59                        /* 烧录程序 */
    6 R; |; _# L& w& a/ w7 ]
60. 60                        WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
    ( P3 D1 A7 g2 Y& J  L
61. 61                        data_state++;
    
62. 62
    
63. 63                        send_command(ACK);      
    2 }; \; i0 Y3 M. h4 H1 x
64. 64                    }
    
65. 65                }
    
66. 66                else
      H3 i" `' X( J1 n0 J! [
67. 67                {
    
68. 68                    printf("> Notpass crc\r\n");
    
69. 69                }
    ; ~5 b. \0 k9 ^' f4 \# d
70. 70
    
71. 71            }break;
    - F! q% ?0 Q% S' {( E
72. 72            case EOT://数据包开始
    1 S. ]9 N5 a1 F% f& S! ]% a
73. 73            {
    + c7 F# d  D. W% n6 I4 C! {2 }
74. 74                if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    
75. 75                {
    ! b' r2 x$ G) h, m
76. 76                    printf("> Receive EOT1...\r\n");
    4 A) I% ^" U) a
77. 77
    
78. 78                    Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                 
    
79. 79                    send_command(NACK);
    
80. 80                }
    9 v# {6 x) K, ^' J. E3 r1 F
81. 81                else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    # k: ]) P$ J1 k$ Q  q
82. 82                {
    / q0 V  H( u; Z( Y) z$ _
83. 83                    printf("> Receive EOT2...\r\n");
    4 d  {! d7 J0 k5 W7 U' Y
84. 84
    - S2 v# e, F. g& y
85. 85                    Set_state(TO_RECEIVE_END);                  
    
86. 86                    send_command(ACK);
    
87. 87                    send_command(CCC);
    
88. 88                }
    ' X2 }0 y, `8 |& D0 A, \1 |! V
89. 89                else
    3 o- }; }- J' U4 g
90. 90                {
    
91. 91                    printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    
92. 92                }
    4 G3 G. P" `# I9 Q( K
93. 93            }break;
    3 q7 O- W' K/ H# r( W* v
94. 94        }
    
95. 95    }
    ) m6 {7 `! T# _$ s
96. 96}</font>

复制代码

9 h5 M* n( p2 i9 c  k

• 其中部分函数未在以上代码中展现, 详情请参看文末给出的源码链接.
  7 f+ h/ c# |. l0 W$ h

6 `" J' m! O4 j8 m( X( |4. 整体测试
本节主要对前三节的教程做测试验证 BootLoader + App的升级功能。

• 由下图可知两份代码的下载区域是不一样的，所以他们「下载的区域也不一样」。
  

BootLoader的下载

• BootLoader的代码默认是最开始的所以不需要特别设置代码的下载位置
• 按照下图, 修改擦除方式为Erase Sectors, 大小限制在0X5000(20K)
  4 Y6 ?0 c3 g6 @

• 烧录代码
• 运行, 通过串口1打印输出, 会看到以下打印消息
• 说明BootLoader已经成功运行
  2 C; x& @9 f8 t8 S7 N! m: O9 G

App1的下载

• App1稍微复杂一点, 需要将代码的起始位置设置为0x08005000
• 同时也要修改擦除方式为Erase Sectors, 见下图
  

• 烧录代码
• 运行, 通过串口1打印输出, 会看到以下打印消息
• 说明BootLoader已经成功跳转到版本号为0.0.1的App1
  * O: y& R3 {0 [4 [% d

生成App2的.bin文件

• Keil如何生成.bin文件, 请参考这篇博文 Keil如何生成.bin文件
  

https://blog.csdn.net/weixin_41294615/article/details/104656577

• 修改代码, 把版本号改为0.0.2, 并且编译并且生成.bin文件
• 生成好之后你会得到一个.bin结尾的文件, 这就是我们待会儿YModem要传输的文件
  1 H' q9 M! [" l* C8 t

使用Xshell进行文件传输

• 打开Xshell
• 代码中, 串口1进行调试信息的打印, 串口2进行YModem升级的
• 所以使用Xshell打开串口2进行文件传输, 串口1则可以通过串口调试助手查看调试消息
• 你会看到App的版本成功升级到0.0.2了.
• 如果你到了这一步.
• 那么恭喜你! 你已经能够使用在线升级了!
  

5. 总结通过本几节的教程, 想必你已经会使用在线升级了, 只要原理知道了其他的问题都可以迎刃而解了, 除了使用YModem协议传输.bin文件, 你还可以通过蓝牙, WIFI,等其他协议传输, 只要能够将.bin文件传输过去, 那其他的部分原理都差不多。


2 C$ B# D, o8 S6 B2 c! k