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
  
  3 d3 Z; Z& ^* J8 _

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:
  
  # r; G% @1 z! S0 `9 ~

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:
  
  2 q* p& t3 r5 J

1. 1/* 采用汇编设置栈的值 */
   
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}
   
7. 7
   ) A$ j5 C" U' J! ~7 Z5 L. e
8. 8
     V6 _0 t) }" A" A0 d
9. 9/* 程序跳转函数 */
   / u" _2 e8 J( t, C4 t8 Y  G- D' D) v
10. 10typedef void (*Jump_Fun)(void);
    " e  @7 n: e' d4 O- L
11. 11void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
    . g" i2 F! p# u& h& f( s' l
12. 12{
    ' ~5 H6 }' M9 H, H: W5 D& ~
13. 13  Jump_Fun JumpToApp;
    / D7 b) M3 G& g) l
14. 14
    
15. 15  if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 )  //检查栈顶地址是否合法.
    / D6 M9 T; @: @+ |9 v
16. 16  {
    ) Z  N& E- X8 z9 R! F
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)
    " \) ~; n' m9 c+ [6 Z/ `/ Q6 V
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)
    / ?, X0 v1 u/ {( G  z
19. 19    JumpToApp();                                                //跳转到APP.
      e+ U" x2 S; J  P5 M% L+ S1 b( |
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
  
  

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：
  
  1 ~5 `. ?- a" o, R- ~

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
  
  ' V6 A6 w# u5 f. o

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
  
  & V; X+ u5 t3 Y" e4 P8 \. g

+ S/ I- _/ F( M$ Z  t( Z/ Z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
  9 S  H8 L, [' m! U% I' i/ `3 p

1. <font color="#000000" face="Tahoma" size="2">1/**
   
2. 2 * @bieaf YModem升级
   
3. 3 *
   
4. 4 * @param none
   
5. 5 * @return none
   
6. 6 */
   
7. 7void ymodem_fun(void)
   + D3 N' x% e+ ~2 \% z: G6 {+ A$ E
8. 8{
   ) n: i$ a* H1 p) M( E
9. 9    int i;
   
10. 10    if(Get_state()==TO_START)
    
11. 11    {
    4 ?" g7 E) }$ S1 J( U0 d6 n
12. 12        send_command(CCC);
    , O7 |! r+ {7 s3 g% |& n7 n
13. 13        HAL_Delay(1000);
    
14. 14    }
    4 F. P$ f: T& `5 ]6 X& Y, A
15. 15    if(Rx_Flag)     // Receive flag
    
16. 16    {
    
17. 17        Rx_Flag=0;  // clean flag
    ; R6 w  O5 I$ {4 L4 Q/ z
18. 18
    * S( p( L$ O4 J- P0 u
19. 19        /* 拷贝 */
    7 N& `& i6 c- o4 G( ^, S; L2 D
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        }
    9 {# C9 _0 W) R; d, c6 _" ?4 H% n
25. 25
    8 G9 ~0 Y& C0 H( F+ i* l% c
26. 26        switch(temp_buf[0])
    9 D2 z' r, @& f# O; t) N
27. 27        {
    
28. 28            case SOH:///<数据包开始
    
29. 29            {
    ) _+ P: {& L4 Y8 |. N3 W
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
    8 p) F' R3 N2 h5 G+ O+ k
33. 33                {                  
    : M7 b- T. N5 K: S9 W# I
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");
    2 C# Z* h# z; a' d0 z! [+ Y2 Q
37. 37
    
38. 38                        Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
    + t* C9 F* q; c- }& c+ L# e2 ?
39. 39                        data_state = 0x01;                     
    * @8 P, x1 N! ]
40. 40                        send_command(ACK);
    
41. 41                        send_command(CCC);
    0 t3 V$ g5 F) X. t( ^3 E
42. 42
    
43. 43                        /* 擦除App2 */                           
    
44. 44                        Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    8 h% P0 u) |5 @5 I* ?
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
    9 {. r) \' `8 D; j8 \" T* g$ h
47. 47                    {
    . b8 i* A( }+ {5 X" s5 p; U
48. 48                        printf("> Receive end...\r\n");
    3 j0 Q0 A, q+ M( {( }: Q
49. 49
    9 |+ I, j: }; E: t9 c
50. 50                        Set_Update_Down();                     
    
51. 51                        Set_state(TO_START);
    9 |& D7 V) }! g
52. 52                        send_command(ACK);
    0 ]- ~( o* g2 ?" M
53. 53                        HAL_NVIC_SystemReset();
    ; A3 M7 C6 i& |
54. 54                    }                  
    % z( M# O+ _: \( m. a. A, x; g# y
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
    & p5 z8 |) v6 `! C# k
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++;
    & m+ y$ g* t0 a6 a7 R0 W$ s
62. 62
    4 j! u$ b9 z. z7 |  N& \
63. 63                        send_command(ACK);      
    1 }# f) G; z' ], M7 z
64. 64                    }
    
65. 65                }
    $ j2 ?- C6 S" y, d, p. y
66. 66                else
    3 T) m7 v" H" ]4 K6 O+ X- M! s
67. 67                {
    
68. 68                    printf("> Notpass crc\r\n");
    
69. 69                }
    1 |8 Z" y; |/ X  i
70. 70
    
71. 71            }break;
    
72. 72            case EOT://数据包开始
    
73. 73            {
    " N$ l$ c- |! W. y  x
74. 74                if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    
75. 75                {
    " _2 H3 z& S  X+ j! W/ Z* R# u5 V
76. 76                    printf("> Receive EOT1...\r\n");
    / T0 l8 C" J3 Y2 d* e
77. 77
    
78. 78                    Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                 
    ) f* b/ y( Z. t' Z; q
79. 79                    send_command(NACK);
    
80. 80                }
    / R& B! A  l8 r% d3 e* p
81. 81                else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    7 }. A( Y* K6 h3 K
82. 82                {
    ; h1 s( C) v3 N$ U; i
83. 83                    printf("> Receive EOT2...\r\n");
    ; O) t+ }& }7 I: z/ \+ S
84. 84
    
85. 85                    Set_state(TO_RECEIVE_END);                  
    & B* R& q% N! k8 i3 G* ~4 n
86. 86                    send_command(ACK);
    
87. 87                    send_command(CCC);
    
88. 88                }
    
89. 89                else
    7 |. R) P7 x# `: M2 g  j1 o$ V
90. 90                {
    
91. 91                    printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    
92. 92                }
    . d5 i! x' W1 ^8 B9 j! K. ?
93. 93            }break;
    
94. 94        }
    
95. 95    }
    7 N$ H' T& ]1 b
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.
  ) d1 f" A4 t: b% d5 N0 X

: t$ ~: H: B8 k5 j4. 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)
  ; ~% Y# I3 c; f  N: d; O6 S

• 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
  

: R" R7 `8 L8 x4 [/ \

• 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
  2 R4 h- h1 S7 N: x/ r) q

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
  - M. G( X) u* P2 m

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。

. _6 [4 @% [3 N6 L! |" o
: X" r; E8 E1 m


: v3 \6 L( c) Q" I  |( ]3 |
3 L; t) l9 \6 l. d

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