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
  
  ( G6 A5 O1 Q6 W! n+ Z+ N$ ~

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:
  
  

1. 1/* 采用汇编设置栈的值 */
   & a& e# {$ {5 S, t
2. 2__asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
   0 r* e( g! r- u! s; w
3. 3{
   ( G, x, F/ J: ]
4. 4    MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值
   
5. 5    BX r14
   # q! m1 M/ d' s/ l) @5 j# I1 r0 {, \
6. 6}
   * l" [8 W! P. Z1 c# t' d9 c! Z7 Y
7. 7
   
8. 8
   6 t% M! @( q$ I5 `3 I4 ?
9. 9/* 程序跳转函数 */
   : ]. j/ g2 \* h9 A3 }$ l
10. 10typedef void (*Jump_Fun)(void);
    , A* S; V1 x7 v' |* z1 k6 K8 S9 E
11. 11void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
    ) q- `+ N# S- X
12. 12{
    0 R  @  d2 m3 Q
13. 13  Jump_Fun JumpToApp;
    ' J! |, U$ Q% A0 {9 H! y
14. 14
    
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)
    
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.
    $ w3 @+ W: W; j' u+ t2 r! V' O; `# J
20. 20  }
    $ E* R( W: w, z& y/ P( h7 {! j% n) X  x
21. 21}

复制代码

+ a3 w- O2 f* }

• 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
  
  & c: n. L! U: a% _$ G. E/ b

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：
  
  ' E2 ~0 O" U1 A. ]/ P8 ]4 z) ?* p# M0 W

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
  
  

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
  
    ?" \) Q0 D) p* X5 x6 o" z

! D. G# n  S: ^; w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
  ! }  b9 P% Z. S4 m" B$ G  m

1. <font color="#000000" face="Tahoma" size="2">1/**
   ) p* Z! I! V% b3 j% S! B; k
2. 2 * @bieaf YModem升级
   6 c# `: ^. T9 ~$ |, N1 @( l
3. 3 *
   . x5 H" m6 J2 x; T4 H5 H3 \
4. 4 * @param none
   6 p. s( S+ ]$ O& C! K& x* h
5. 5 * @return none
   
6. 6 */
   , o- S" z% Z$ m( b% ]+ m; M& B" A3 R
7. 7void ymodem_fun(void)
   , V$ J$ w2 Y) G& ~0 l3 h2 n
8. 8{
   
9. 9    int i;
   ' b7 {: f/ b+ D# [0 N% m; @( [
10. 10    if(Get_state()==TO_START)
    
11. 11    {
    * F% x& S: p* C! a; Z' v
12. 12        send_command(CCC);
    
13. 13        HAL_Delay(1000);
    
14. 14    }
    . l$ |; _* ~- z+ f: l9 n
15. 15    if(Rx_Flag)     // Receive flag
    ( Y+ R' X5 a0 n2 W& v
16. 16    {
    / U$ o% E3 y* U$ m9 k
17. 17        Rx_Flag=0;  // clean flag
    , Y: a, \) s: u; g# H4 D0 P
18. 18
    
19. 19        /* 拷贝 */
    / B' w+ x4 G/ ]" A" \
20. 20        temp_len = Rx_Len;
    & s& K* I9 F7 I: C! j, _
21. 21        for(i = 0; i < temp_len; i++)
    # [( `/ L) K9 ?+ _! }3 G+ J& G# ^
22. 22        {
    3 M3 O3 w- P( d+ W$ U
23. 23            temp_buf = Rx_Buf;
    7 Z, r# D* z/ }
24. 24        }
      G0 K! k: E, L4 R  [' L
25. 25
    
26. 26        switch(temp_buf[0])
    
27. 27        {
    ! g. B) i. s9 H" k
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
    9 g2 H, ]9 X6 `1 D
33. 33                {                  
    
34. 34                    if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始
    ( [. Y* ~6 }3 x% p1 d
35. 35                    {
    
36. 36                        printf("> Receive start...\r\n");
    ) i+ T" {' k( G' L
37. 37
    0 a# l' V( N& `5 o/ ]" N
38. 38                        Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
    0 f3 F- A8 E! f) Q0 x: Y  O. o
39. 39                        data_state = 0x01;                     
    
40. 40                        send_command(ACK);
    
41. 41                        send_command(CCC);
    & |: t  [; {; ]2 a& b3 q% e
42. 42
    
43. 43                        /* 擦除App2 */                           
    
44. 44                        Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    , }( A5 H% j* G: P/ H3 B
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 O2 ~7 I) N$ Q
47. 47                    {
    , E( j, y: g7 q3 G: s0 I) _: e
48. 48                        printf("> Receive end...\r\n");
    ; |( M8 g  e+ c4 s9 \
49. 49
    
50. 50                        Set_Update_Down();                     
    : U2 y/ M5 X( x! T! E: t6 C/ o0 P
51. 51                        Set_state(TO_START);
    
52. 52                        send_command(ACK);
    
53. 53                        HAL_NVIC_SystemReset();
    / E0 d0 b$ b& ?+ b6 S) k1 y
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
    
56. 56                    {
    
57. 57                        printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    
58. 58
    3 C8 V4 h& ]' E7 O& W. Z7 B
59. 59                        /* 烧录程序 */
      N/ ]6 F( `' H& |" p2 v& g1 A
60. 60                        WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
    
61. 61                        data_state++;
    $ A% @3 c9 r; r& t7 Q
62. 62
    6 c0 z' V# ?  G# x" `. D
63. 63                        send_command(ACK);      
    - j& t* D' v4 ^
64. 64                    }
    
65. 65                }
    + e! }$ c/ g# K/ Z, D! h1 p$ ]
66. 66                else
    ! ~. s! Z6 K2 P
67. 67                {
    
68. 68                    printf("> Notpass crc\r\n");
    , M6 d1 y; V- h% H! C  ]
69. 69                }
    % k, O5 \, e  J
70. 70
    1 e1 {# h/ ^/ \" Y# g
71. 71            }break;
    
72. 72            case EOT://数据包开始
    
73. 73            {
    . z* `: Q+ |" [7 S7 C
74. 74                if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    
75. 75                {
    
76. 76                    printf("> Receive EOT1...\r\n");
    
77. 77
    
78. 78                    Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                 
    
79. 79                    send_command(NACK);
    ' G. u( R: ?: u( Y# b$ ~" g
80. 80                }
    
81. 81                else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    
82. 82                {
    ) O  o7 _/ C" S
83. 83                    printf("> Receive EOT2...\r\n");
    6 y+ a5 w) e& W) @$ C
84. 84
    
85. 85                    Set_state(TO_RECEIVE_END);                  
    
86. 86                    send_command(ACK);
    
87. 87                    send_command(CCC);
    3 H0 B* K  R* m" g7 A7 E! Q
88. 88                }
    
89. 89                else
    ( ~, n  S$ }( V$ p+ L
90. 90                {
    - R" h+ P$ V- A  u9 q
91. 91                    printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    
92. 92                }
    ) U7 H& @% c4 V2 N
93. 93            }break;
    
94. 94        }
    " `5 _9 t3 T. z# K, u/ q) [+ t
95. 95    }
    8 z0 i, K- x( U7 j
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.
  & j$ o! b4 R$ f* v) }( X& W5 Q& Y9 k

. d$ e% j- \, @* v1 z6 z8 O
! b, }( i- M* Z8 G4. 整体测试
3 I& k: \: W# c9 F, }& u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
  + q/ m' I/ d% F  q/ \% V* x; n

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
  

) v- N* O9 r9 o2 r, a

• 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
  9 }+ V0 x4 ]5 N5 X0 O  N

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
  - M6 H/ J9 V) I0 E' b/ @3 R1 g

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!
  4 B) Y7 S4 r; e. \+ B- ^' q/ {

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。
! V/ D7 R; k+ C. r, w' o


! ^: {; B5 w$ f) k' }, h9 @; i
. R6 ]$ ^+ e) `, O

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