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:
  
  9 G" |1 @* c7 `% E9 S7 E, b

1. 1/* 采用汇编设置栈的值 */
   " l/ b6 Z1 U% K" H$ M' d( \; ^
2. 2__asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
   
3. 3{
   
4. 4    MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值
   
5. 5    BX r14
   
6. 6}
   - y# S9 W; c# n' g. L" R8 Z: R
7. 7
   
8. 8
   8 b  h( u1 o' w$ w
9. 9/* 程序跳转函数 */
   
10. 10typedef void (*Jump_Fun)(void);
    
11. 11void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
    % B- j6 ~' N" j  b7 j
12. 12{
    
13. 13  Jump_Fun JumpToApp;
    
14. 14
    5 x# T) u- d0 c# A. o1 c0 M3 a
15. 15  if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 )  //检查栈顶地址是否合法.
    
16. 16  {
    
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)
    ! E* U/ M1 x4 A# g
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)
    % P2 a* j7 ^8 f
19. 19    JumpToApp();                                                //跳转到APP.
      Y( g+ O6 U+ I. Q# @
20. 20  }
    
21. 21}

复制代码

• 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
  
  9 M/ g4 e& b; v- ?

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：
  
    _0 i* e9 p  j4 P3 ?5 r& V4 C

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 R% L3 s2 ~" Z- p

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
  
  

0 L% d5 Y' a1 K2 E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
  

• YModem相关的文件接收部分
  0 Q# B/ \, u1 _. U

1. <font color="#000000" face="Tahoma" size="2">1/**
   
2. 2 * @bieaf YModem升级
   
3. 3 *
   
4. 4 * @param none
   + [! B; }8 L& X: a, s* {
5. 5 * @return none
   # }$ d% k, \( P' a  l4 k# d* u3 q
6. 6 */
   , X+ y9 e: F1 C; v8 I- u
7. 7void ymodem_fun(void)
   - M6 _# a  j- X3 V% B
8. 8{
   * V/ B$ I+ A/ ~
9. 9    int i;
   ! ?0 {: Z6 M$ U
10. 10    if(Get_state()==TO_START)
    
11. 11    {
    2 D3 L5 f$ Z, B
12. 12        send_command(CCC);
    
13. 13        HAL_Delay(1000);
    , r4 Y6 j" b3 X+ k  E# [" o0 u
14. 14    }
    4 p5 [9 W9 V' W6 X6 ~
15. 15    if(Rx_Flag)     // Receive flag
    8 l: f5 ?  E6 d& l6 x3 y: r3 M
16. 16    {
    
17. 17        Rx_Flag=0;  // clean flag
    ; V% I) @. ?& |# i6 W/ T( I2 J4 |6 L* i
18. 18
    . W6 ~& s3 h& S2 `6 ^, T
19. 19        /* 拷贝 */
    * H$ I5 r: l# N0 x0 o- N+ H& S+ m
20. 20        temp_len = Rx_Len;
    
21. 21        for(i = 0; i < temp_len; i++)
    
22. 22        {
    
23. 23            temp_buf = Rx_Buf;
    
24. 24        }
    
25. 25
    
26. 26        switch(temp_buf[0])
    5 o5 ]2 R/ S, x; n2 ~
27. 27        {
    6 y, l% D  |! e! t# Y0 A
28. 28            case SOH:///<数据包开始
    ) Q# m+ y; M* [" |
29. 29            {
    
30. 30                static unsigned char data_state = 0;
    
31. 31                static unsigned int app2_size = 0;
    8 J1 y5 }; W0 Z" `" U# u" Q
32. 32                if(Check_CRC(temp_buf, temp_len)==1)///< 通过CRC16校验
    
33. 33                {                  
    $ P" C& j+ s; H8 Y+ v
34. 34                    if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始
    
35. 35                    {
    * I$ v. c( W/ `% H
36. 36                        printf("> Receive start...\r\n");
    
37. 37
    $ |, o' ?- i, j( @
38. 38                        Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
    
39. 39                        data_state = 0x01;                     
    
40. 40                        send_command(ACK);
    . |' b: M) W9 ^2 a) h
41. 41                        send_command(CCC);
    . ]/ Y) J0 @5 f0 c6 ]
42. 42
    
43. 43                        /* 擦除App2 */                           
    : D" Y* J& n( h6 S
44. 44                        Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    
45. 45                    }
    0 [9 R! x+ C% K1 v/ l
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                    {
    + t9 {+ B7 ]2 p6 Z
48. 48                        printf("> Receive end...\r\n");
    9 u! [. E- o/ ?% q2 r/ E; i
49. 49
    4 \. C1 Q  W, b7 p) g+ V' _
50. 50                        Set_Update_Down();                     
    
51. 51                        Set_state(TO_START);
    
52. 52                        send_command(ACK);
    . r. k3 ]' f( @# R( h' [8 Y
53. 53                        HAL_NVIC_SystemReset();
    . Z1 S) g2 \/ R  [" m* |- R
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
    $ s( `+ c: L% G+ |5 D  N* p
56. 56                    {
    
57. 57                        printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    2 Q9 q! T. Y9 ^" J5 m0 j+ P$ Z
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++;
    
62. 62
    . {. O; `! _/ c0 I( v4 H8 T. J
63. 63                        send_command(ACK);      
    $ Y3 d/ N4 B/ Z2 b0 X
64. 64                    }
    5 C. E  w$ o* b- F5 y+ Q
65. 65                }
    
66. 66                else
    ; C! G2 G4 \: A' N
67. 67                {
    ; F4 t0 n: l& ?
68. 68                    printf("> Notpass crc\r\n");
    + j* |% I% A( E- y3 @+ _7 {
69. 69                }
    
70. 70
    ' t& d9 e2 h8 J" t: T
71. 71            }break;
      E7 s% c9 u/ m" @
72. 72            case EOT://数据包开始
    / |' D8 _5 A) t  }9 h
73. 73            {
    
74. 74                if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    : [" K+ m% ^! E1 L; b* x4 o
75. 75                {
    / K3 d, k& l" x5 A5 o
76. 76                    printf("> Receive EOT1...\r\n");
    ) ~( j9 C" D4 y8 b1 E" H6 Z9 B
77. 77
    4 Z- m2 i0 u9 N) M
78. 78                    Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                 
    
79. 79                    send_command(NACK);
    * P4 Q% z, C0 @* H: U( T2 _
80. 80                }
    
81. 81                else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    
82. 82                {
    - [# n3 F, q$ Y: f- {/ C! ^5 w
83. 83                    printf("> Receive EOT2...\r\n");
    
84. 84
    + E2 r& Q8 f" K
85. 85                    Set_state(TO_RECEIVE_END);                  
    
86. 86                    send_command(ACK);
    * V6 Z7 c% Y: p! a! o1 x
87. 87                    send_command(CCC);
    
88. 88                }
    
89. 89                else
    
90. 90                {
    . U. x# s# ~" j3 w4 z2 [8 z* V
91. 91                    printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    
92. 92                }
    
93. 93            }break;
    5 H( Q3 d  [! j3 d
94. 94        }
    0 `& S( W4 `$ \, A, C5 j) F- o
95. 95    }
    
96. 96}</font>

复制代码

$ D/ X; l: c$ a7 d! e) _" N$ u7 [

• 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.
  

4. 整体测试
0 p4 F" X& K6 X% F* d" Z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)
  

• 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
  

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
  7 U$ z6 F0 \" v, 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
  

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
  7 P# A% m/ ^5 I3 j

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
  " c" o1 k: W2 q

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。

( [% J, [9 z+ R- I2 v
3 w6 p" y- C& V' l

* ]# o  {% m/ O) f
6 M7 j4 S* o+ A5 n  Y" A

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