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
  
  . T: k. u7 f# z" n/ z+ N) X$ `

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:
  
  * S; W6 U4 g8 X& O. ^* u# A2 U. n& l) N

1. 1/* 采用汇编设置栈的值 */
   2 p$ o3 M) N6 X% o. Z! |
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. r4 r( m8 P. u) O2 B
7. 7
   
8. 8
   / w: s) G; X, C/ t8 w
9. 9/* 程序跳转函数 */
   
10. 10typedef void (*Jump_Fun)(void);
    ( ~& N' B" e. y
11. 11void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
    ( M5 A/ H9 _& S# b' i
12. 12{
    
13. 13  Jump_Fun JumpToApp;
    - j' i) l: E8 u% r
14. 14
    ( ?) z9 Q+ q% g" S
15. 15  if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 )  //检查栈顶地址是否合法.
    
16. 16  {
    6 U: }4 J; W  V: A  M% B/ w; a
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)
    : \6 {. \3 H' H: a; T9 {
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.
    ' D3 @6 k) o0 T# M  `# e/ c
20. 20  }
    . _4 ^$ b9 A7 o+ u; a
21. 21}

复制代码

! a) i$ r( T; t' H

• 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
  
  5 M2 `+ O0 F( F) T; j% }5 J( J( O

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
  
  + }7 K( Q* b, s& p  a

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
  
  8 c8 R! g. q5 S- E& G

8 ~: O: ^' |' ^9 P0 s6 A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
  8 Z) _- A8 k6 \& F

• 打印版本信息以及跳转指令
  

• YModem相关的文件接收部分
  

1. <font color="#000000" face="Tahoma" size="2">1/**
   ; X* }$ Z: Q  D
2. 2 * @bieaf YModem升级
   " Z8 R8 x* i( e" H
3. 3 *
   
4. 4 * @param none
   4 `& W( h% c# R" q9 a6 h, C
5. 5 * @return none
   
6. 6 */
   
7. 7void ymodem_fun(void)
   * S: G# y# D- `3 g. O
8. 8{
   # Z) Z4 ]1 P+ ~# v+ E4 l1 I
9. 9    int i;
   ; B2 e& o- U' w' D9 R" k
10. 10    if(Get_state()==TO_START)
    
11. 11    {
    
12. 12        send_command(CCC);
    
13. 13        HAL_Delay(1000);
    5 D$ D  r" ^% {' O) I
14. 14    }
    
15. 15    if(Rx_Flag)     // Receive flag
    
16. 16    {
    ! F# a" g+ n, r7 ?) i
17. 17        Rx_Flag=0;  // clean flag
    
18. 18
    
19. 19        /* 拷贝 */
    - Q  h2 {( h# c5 w4 q
20. 20        temp_len = Rx_Len;
    
21. 21        for(i = 0; i < temp_len; i++)
    5 j. x6 D8 q' J9 @5 u" t  K9 D
22. 22        {
    
23. 23            temp_buf = Rx_Buf;
    
24. 24        }
    8 D3 a( t% \& |
25. 25
      f, W; o, C7 B7 i
26. 26        switch(temp_buf[0])
    4 |+ ?0 N' }  Y! B( o
27. 27        {
    
28. 28            case SOH:///<数据包开始
    " {0 k1 M/ O! S, o
29. 29            {
    - f' k: Z" u- y
30. 30                static unsigned char data_state = 0;
      z% f. u. K2 a8 K6 F0 @
31. 31                static unsigned int app2_size = 0;
    
32. 32                if(Check_CRC(temp_buf, temp_len)==1)///< 通过CRC16校验
    - J* M6 K5 D& Q& u1 B; u& q4 c9 z
33. 33                {                  
    . W" J- z! o1 {% C" C4 E( \
34. 34                    if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始
    
35. 35                    {
    8 C. E, ^6 [& b: v
36. 36                        printf("> Receive start...\r\n");
    
37. 37
    
38. 38                        Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
    
39. 39                        data_state = 0x01;                     
    
40. 40                        send_command(ACK);
    
41. 41                        send_command(CCC);
    0 m! c( l7 `) M: r
42. 42
    ( N7 x" R! c1 H
43. 43                        /* 擦除App2 */                           
    # R; W/ l" j* D3 Q; B3 u( C
44. 44                        Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    / t  {7 G+ }+ K, N) V/ |
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
    3 G6 _# {1 S+ W. B
47. 47                    {
    
48. 48                        printf("> Receive end...\r\n");
    
49. 49
    
50. 50                        Set_Update_Down();                     
    
51. 51                        Set_state(TO_START);
    ; A$ }) F) |% k2 h
52. 52                        send_command(ACK);
    
53. 53                        HAL_NVIC_SystemReset();
    - A" W4 r2 T% X5 P
54. 54                    }                  
    * p6 I3 W  T  y, b
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
    6 w7 W" @; \' x6 R, c# ]1 U3 S! |* B
56. 56                    {
    
57. 57                        printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    
58. 58
    7 I/ r" k) J! k7 e3 j* L
59. 59                        /* 烧录程序 */
    0 P' Q7 W8 A8 F/ i4 u
60. 60                        WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
    . n# _5 D1 V! u$ O4 F
61. 61                        data_state++;
    1 M6 [& U) _1 M
62. 62
    5 [2 {' o) r6 g4 M3 ^; [# q
63. 63                        send_command(ACK);      
    " c& ]/ _3 c$ l' j$ ^5 ^7 C
64. 64                    }
    
65. 65                }
    - T# D' e+ I* V. U7 U8 r+ l# I
66. 66                else
    1 _. e+ ~2 {2 `7 E- b) {3 V$ d
67. 67                {
    
68. 68                    printf("> Notpass crc\r\n");
    : _9 S3 P0 f3 V
69. 69                }
    + T7 u/ U' C& q0 H# V, g# ]9 E: M2 d
70. 70
    ! z- ~7 X7 h" r0 p- ?' |6 R5 f
71. 71            }break;
    
72. 72            case EOT://数据包开始
    
73. 73            {
    , w. C( B& u* ?- z2 S% h
74. 74                if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    
75. 75                {
    
76. 76                    printf("> Receive EOT1...\r\n");
    
77. 77
    ) [! k+ h8 W: L- @6 w+ v6 t
78. 78                    Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                 
    
79. 79                    send_command(NACK);
    ! d0 U  v0 F; N0 s8 M% q0 G
80. 80                }
    ( U$ ]% }9 y% Q& ]7 s1 e
81. 81                else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    : J& f/ k: s0 i" i5 Q; j
82. 82                {
    
83. 83                    printf("> Receive EOT2...\r\n");
    
84. 84
    * f' n4 a* G5 j3 k3 A: {) O
85. 85                    Set_state(TO_RECEIVE_END);                  
    1 ~! J. j5 {7 H2 Z& S6 T  B% [
86. 86                    send_command(ACK);
    , t; H9 O) t. @6 @
87. 87                    send_command(CCC);
    ( b+ d) z$ M: @6 m8 h0 A
88. 88                }
    
89. 89                else
    ' N3 M/ |; Y' f/ p3 a5 A+ j
90. 90                {
    ; O: |, G+ P0 l& ~/ k8 {5 x% h
91. 91                    printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    ! L% ~3 E. O! Q6 ^4 n
92. 92                }
    
93. 93            }break;
    / Z7 F$ S* V- h9 t
94. 94        }
    7 G9 s% N6 b) H% O/ p
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.
  % f2 v# \7 e8 p5 [! ]  n

. e6 L+ z, c2 a5 R4. 整体测试
: c! k. p$ h* N9 o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」。
    ]# z( T( B  u: e3 q7 }0 k* L

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)
  & q6 F% F1 |6 e4 h* T* f

• 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
  

1 e% V3 X, C& {& |7 z( u

• 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
  ( x7 F' o& e7 r6 Q5 F8 V3 o1 X

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
    q0 \% Y, _* @

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!
  

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。

$ F8 E' H( K% i6 p
; Y2 m% @( p$ l2 [# Y* L

8 K8 G% O4 O$ g5 c
6 O! G6 z! J' g& U7 d. l

请问源码链接在哪？

<br /> <br />

兄弟，源码在哪下载