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
  
  1 e$ U5 l. S1 V4 [, U

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:
  
  / w: M; }' U- |0 N

1. 1/* 采用汇编设置栈的值 */
   
2. 2__asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
   / ~1 [! A6 q8 |2 y8 ?7 u
3. 3{
   % @/ d$ e) ^) z6 U4 Q: P/ j
4. 4    MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值
   
5. 5    BX r14
   2 U7 [7 @2 i% c+ a
6. 6}
   0 a5 Q' ~+ u8 S
7. 7
   9 i3 R3 u4 ^1 Z) ]0 @
8. 8
   $ r7 o% C6 s8 B& M7 i- e  t6 _
9. 9/* 程序跳转函数 */
   0 @$ o  S' w. a& _( v
10. 10typedef void (*Jump_Fun)(void);
    2 J0 k1 j7 A2 e  T
11. 11void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
    
12. 12{
    
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  {
    & W; M' c% _5 l
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.
    2 b- S7 l3 z/ h, a- y( V% X
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
  
  8 E$ \9 S% M3 Q/ r+ ^

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：
  
  * v. y0 N/ |+ N, l3 g2 U1 s8 o

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
  
  6 ~$ i4 }% X# D

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
  
  - H& n$ l0 s8 a1 x

+ ?- E. \% u* C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
  8 B8 `8 H2 Z' \1 V( n( Y

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
   8 Z8 A" G- c: a' q
6. 6 */
   ( \1 P8 q8 F5 X' l
7. 7void ymodem_fun(void)
   
8. 8{
   ' p5 A- k7 F8 @* o
9. 9    int i;
   
10. 10    if(Get_state()==TO_START)
    
11. 11    {
    
12. 12        send_command(CCC);
    7 y5 x/ R; y9 }8 i
13. 13        HAL_Delay(1000);
    + o7 K( _" o; H$ }
14. 14    }
    " X% ]8 t/ Q5 ?: t
15. 15    if(Rx_Flag)     // Receive flag
    
16. 16    {
    9 S9 F4 }& G- n9 R& H; o6 Q
17. 17        Rx_Flag=0;  // clean flag
    5 E( L, i9 \0 N9 G  s
18. 18
    , B# l: K7 a: D' x
19. 19        /* 拷贝 */
    ( }* }) N- f, {" X
20. 20        temp_len = Rx_Len;
    
21. 21        for(i = 0; i < temp_len; i++)
    / s7 Z: C* U1 U9 p
22. 22        {
    * m$ _  M0 @! R  @+ e, O
23. 23            temp_buf = Rx_Buf;
    
24. 24        }
    
25. 25
    , x7 m1 c$ Y& V  I
26. 26        switch(temp_buf[0])
    
27. 27        {
    
28. 28            case SOH:///<数据包开始
    8 X4 Q9 _  D  B$ P0 i
29. 29            {
    
30. 30                static unsigned char data_state = 0;
    ) [; _6 u" l  K. E3 h
31. 31                static unsigned int app2_size = 0;
    9 I2 S: t3 s7 e' G2 B! {1 t
32. 32                if(Check_CRC(temp_buf, temp_len)==1)///< 通过CRC16校验
    * K) U& k& @7 C  s6 Q* P! q. z
33. 33                {                  
    7 h& r! H! s7 f
34. 34                    if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始
    9 p% Z& g, m1 g* V" B
35. 35                    {
    * y7 w4 ^+ ?+ Z2 d
36. 36                        printf("> Receive start...\r\n");
    
37. 37
    
38. 38                        Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
    
39. 39                        data_state = 0x01;                     
    * \% i% k2 D. e8 y5 U2 p. d3 W: [
40. 40                        send_command(ACK);
    - f) X/ G4 G: U
41. 41                        send_command(CCC);
    * Y2 p5 M5 R; ]5 `3 r
42. 42
    
43. 43                        /* 擦除App2 */                           
    , u9 r" [0 ?5 M: z6 f( u+ O
44. 44                        Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    ( ^  Q4 |( B7 a( `
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                    {
    3 V; y4 J5 {3 E, z$ B. K
48. 48                        printf("> Receive end...\r\n");
    
49. 49
    
50. 50                        Set_Update_Down();                     
    
51. 51                        Set_state(TO_START);
    " Y1 l/ j$ I3 {5 Q9 X6 A- O+ m9 u
52. 52                        send_command(ACK);
    
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
    
56. 56                    {
    + D- G- |$ W1 ~6 r# b5 _2 `( f- @
57. 57                        printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    : k* H% C: H, x! w1 f; k
58. 58
    ; ?- T! H/ S" Z7 Y9 t4 Z' P
59. 59                        /* 烧录程序 */
    1 U' n  D3 c: y8 v6 X
60. 60                        WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
    
61. 61                        data_state++;
    # H9 O' ]3 z; M9 F! j2 c
62. 62
    
63. 63                        send_command(ACK);      
    
64. 64                    }
    
65. 65                }
    . `* f$ Z0 U0 F; _& Q2 m
66. 66                else
    ! |8 p; q( G# L! r/ r: ^
67. 67                {
    
68. 68                    printf("> Notpass crc\r\n");
    
69. 69                }
    9 _+ V& j5 ^" t( @4 \
70. 70
    
71. 71            }break;
    
72. 72            case EOT://数据包开始
    
73. 73            {
    ( [% Z" ~1 u  u/ ?& R
74. 74                if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    ! T4 [& r" A, [
75. 75                {
    4 Y3 c1 J+ M# T
76. 76                    printf("> Receive EOT1...\r\n");
    1 h( }1 C! d" [, |. b6 a1 ^
77. 77
    ( E& |+ X9 W) ~. c# w
78. 78                    Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                 
    1 D- a2 M3 w- e- I" N
79. 79                    send_command(NACK);
    
80. 80                }
    
81. 81                else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    5 W# c' }* c0 G: o
82. 82                {
    
83. 83                    printf("> Receive EOT2...\r\n");
    0 m% B; z; m: y- t$ x
84. 84
    
85. 85                    Set_state(TO_RECEIVE_END);                  
    # m% L! A6 Z& u" ?: P  e6 ~5 P
86. 86                    send_command(ACK);
    " |: @! l/ G, q3 T' S6 V1 Y; l
87. 87                    send_command(CCC);
    : q% d) R5 @/ P5 [+ D
88. 88                }
    ( C( \- W& v7 D0 u- X% M
89. 89                else
    ; y5 j7 x. y" R' Y0 f3 u* x0 P& _! d
90. 90                {
    ' |- n6 m7 N8 ]+ Y! q
91. 91                    printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    , r) t- Y6 t1 P, \3 W& ?# p1 U9 \/ P2 r
92. 92                }
    , o: Y* ~2 ]' s& K
93. 93            }break;
      L% D) z. C" u# a0 {
94. 94        }
    % @! n4 A. l4 Z. p4 O) |
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.
  5 o0 [' J  v0 K; M# k& X

- c, D8 J, n* o
/ J8 R4 O2 S( i% c5 H; f# c) q4. 整体测试
; V) S+ K! G9 q4 J9 Q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」。
  : y+ k; f* e& x( T' e+ |' Z2 v# J$ {

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)
  / f: T6 i+ b5 w1 T& N9 R

• 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
  6 E6 ?" m/ h& F# l" J6 [* c6 f6 @

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* e( f" e) T; g! R* |5 @" f7 n

: D5 u4 O) B8 `" A4 o' @% X

• 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
  

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
  # F7 ]4 S5 k; Q* 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!
  ) A9 _* x4 u! H& J" W

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。
, B7 W' C0 N7 }

- g0 }/ D( G0 r: E- U
3 ]  _. |) a5 [4 Q, d: J9 u3 z

$ h  h; {' Q! |) H. Z  n* K

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