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:
  
  ; s1 ]! R' H% E

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:
  
  

1. 1/* 采用汇编设置栈的值 */
   & j" Y; k; \. h5 |* M- }4 W8 {+ J7 u
2. 2__asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
   
3. 3{
   
4. 4    MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值
   3 ~: U6 V+ u' a. u8 B6 C3 m7 G
5. 5    BX r14
   
6. 6}
   
7. 7
   
8. 8
   
9. 9/* 程序跳转函数 */
   
10. 10typedef void (*Jump_Fun)(void);
    
11. 11void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
    
12. 12{
    4 x& p* L% z( q  J/ d8 P
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  {
    . ]& z" Z5 F# u
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)
    # W! A8 Q& T0 f8 n! r2 E+ j! ?
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)
      V& w" i7 h+ j0 w8 w3 T
19. 19    JumpToApp();                                                //跳转到APP.
    - y+ {1 G8 L6 h% P' [0 [
20. 20  }
    1 f7 F: ?' G2 a. o/ v$ |6 l
21. 21}

复制代码

! q6 r* n$ E! [

• 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
  
  1 B0 v- m# \; a2 n% j) a5 b0 U5 t

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
  
  ; b$ v4 C. I/ a. m

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
  
  

6 g; |" }: l* b% m! K% B2 q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
  

• 打印版本信息以及跳转指令
  $ {5 R' g2 d7 Z) ^) \- z! M

• 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
     s9 a. r( d& M1 m
3. 3 *
   9 I+ T! M* _" ^2 [( d4 C
4. 4 * @param none
   % W+ r9 s, Z7 y9 t1 m
5. 5 * @return none
   5 T( `" o, o& t/ E# m
6. 6 */
   
7. 7void ymodem_fun(void)
   ) n: W5 G3 r0 L# ~
8. 8{
   ' H) X1 p7 v- b6 r! X2 ]3 y. k# p
9. 9    int i;
   & W. H  K5 T2 u4 y! J
10. 10    if(Get_state()==TO_START)
    ; ~2 g0 R5 F! S- k2 C
11. 11    {
    5 j1 H8 Z0 E% E/ V; D$ b
12. 12        send_command(CCC);
    & y  B- ~+ P4 c+ Y4 w
13. 13        HAL_Delay(1000);
    
14. 14    }
    
15. 15    if(Rx_Flag)     // Receive flag
    3 ?1 a7 a% N8 a# ]
16. 16    {
    
17. 17        Rx_Flag=0;  // clean flag
    % K+ O6 D; g; H; R, S
18. 18
    . X+ |) w5 k  V8 ^+ ?2 v# p, J+ I
19. 19        /* 拷贝 */
    ; {1 b! V/ J+ T9 u1 c
20. 20        temp_len = Rx_Len;
    : F0 u; ]" K  O6 ?9 u" F8 [
21. 21        for(i = 0; i < temp_len; i++)
    
22. 22        {
    3 H: X& {8 `% n, l' e9 `
23. 23            temp_buf = Rx_Buf;
    & W4 `- v; m" w5 m: |# V
24. 24        }
    6 w. C3 B% Q) A5 s7 A6 E( I$ ^
25. 25
    / m; Y1 n; F+ L1 F% j: @* ?
26. 26        switch(temp_buf[0])
    
27. 27        {
    - ^0 C# E$ I% |! c+ \* y2 v4 P
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;
    ! k3 H2 ^/ h! {" Q2 y
32. 32                if(Check_CRC(temp_buf, temp_len)==1)///< 通过CRC16校验
    ! W- d6 |6 E1 \! `' ^0 c' j
33. 33                {                  
    : W& g! o, b" s3 F) T
34. 34                    if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始
    
35. 35                    {
    
36. 36                        printf("> Receive start...\r\n");
    % g) a' t8 C9 @& M+ V* a" i
37. 37
    
38. 38                        Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
    , u; y2 g7 e% n$ N- o# [
39. 39                        data_state = 0x01;                     
    9 r9 |% e' A$ `3 I  L6 h
40. 40                        send_command(ACK);
    . C. R% K  T3 X! [2 a' h" d
41. 41                        send_command(CCC);
    
42. 42
    3 P8 n( y) W. x2 r6 n5 k
43. 43                        /* 擦除App2 */                           
    
44. 44                        Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    1 o3 ~/ _: O3 i: z
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                    {
    
48. 48                        printf("> Receive end...\r\n");
    
49. 49
    
50. 50                        Set_Update_Down();                     
    
51. 51                        Set_state(TO_START);
    
52. 52                        send_command(ACK);
      D0 C1 R* C) q# Y4 \
53. 53                        HAL_NVIC_SystemReset();
    
54. 54                    }                  
    
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
    ) q* t* e) {  U& o" ]4 {
56. 56                    {
    
57. 57                        printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    
58. 58
    
59. 59                        /* 烧录程序 */
    
60. 60                        WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
    
61. 61                        data_state++;
    : m2 U9 [2 q* V
62. 62
    % o" ?$ Q2 u; }' u7 E3 a
63. 63                        send_command(ACK);      
    
64. 64                    }
    & P8 N1 F/ w- @/ Q
65. 65                }
    
66. 66                else
    
67. 67                {
    6 ]# S( m& M$ I, e! G3 Y: M
68. 68                    printf("> Notpass crc\r\n");
    
69. 69                }
    6 o8 @3 v4 M" u- j- F5 N
70. 70
    
71. 71            }break;
      V6 A9 l/ Y. Y+ S3 ?
72. 72            case EOT://数据包开始
    
73. 73            {
    ! }2 d0 Y( J0 O* h) O: N
74. 74                if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    ' W. \6 L. n+ X4 ~3 G9 O( Q7 T) ?
75. 75                {
    
76. 76                    printf("> Receive EOT1...\r\n");
    : }% P! R" N9 I9 s4 }
77. 77
    
78. 78                    Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                 
    
79. 79                    send_command(NACK);
    $ q( G% o! a! y' h& B3 i
80. 80                }
    
81. 81                else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    
82. 82                {
    
83. 83                    printf("> Receive EOT2...\r\n");
    7 ]& ]; x% i0 P3 z0 S' F3 m
84. 84
    
85. 85                    Set_state(TO_RECEIVE_END);                  
    
86. 86                    send_command(ACK);
    
87. 87                    send_command(CCC);
    * D; k2 B* ^1 r* |7 B
88. 88                }
    8 q; X" z9 M$ m  E% t9 T+ t
89. 89                else
    
90. 90                {
    ( v; y: V+ |& u' R& L
91. 91                    printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    , d# O4 x0 Z- D+ G6 m
92. 92                }
    
93. 93            }break;
    
94. 94        }
    ' b" I# p! ^: l) h0 W
95. 95    }
    
96. 96}</font>

复制代码

• 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.
  : F" A8 l( t) ?' l

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」。
  9 h' R" \0 H3 u

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)
  

• 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
  - j" s3 \$ C) Z4 b/ h0 {9 a

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
  9 H- u! |. c0 ^, A  l

• 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
  ) ^( M0 Q) {! w- @2 W

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
  

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!
  ! u% a9 h# b( B' a8 E

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。
1 x; i* u) p  D3 C4 t' z5 J
! I' Q1 c! q' o
  E' e3 W9 o# M( |8 K
! R+ K$ L- p/ r

请问源码链接在哪？

manfred_hui 发表于 2024-7-11 11:26
请问源码链接在哪？

兄弟，源码在哪下载