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:
  
  , l. e+ Y! E( E- y0 Z- z& b

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 */
   
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}
   # M% s- z8 n1 Z0 Q
7. 7
   
8. 8
   1 R) w; R" N$ L2 n; Q7 X  n
9. 9/* 程序跳转函数 */
   3 k" S1 n, v  k; y: U7 R
10. 10typedef void (*Jump_Fun)(void);
    
11. 11void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
    5 J# M+ P7 @. K) L) u* ^% I
12. 12{
    / ^+ g9 l8 w% ^( P
13. 13  Jump_Fun JumpToApp;
    
14. 14
    & {7 M6 \# M+ t) y3 ]7 H  d
15. 15  if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 )  //检查栈顶地址是否合法.
    6 _+ X9 e  F3 m" U, J
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)
    6 F' ?3 [; L0 E4 R" c
19. 19    JumpToApp();                                                //跳转到APP.
    0 H6 O: K1 r  n, N
20. 20  }
    ; _2 b; V1 |/ X! z) I( m
21. 21}

复制代码

& m- k: X2 H* z9 `) |( g* E' J

• 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：
  
  

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
  
  " W  ]& L- j& K8 q

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
  
  

( r5 M+ G- Y+ X% g: B) }2 \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
  ) x+ f! F2 E/ X: c  G2 n$ I) H6 ]' ~

• 打印版本信息以及跳转指令
  4 @3 R5 U9 I6 x

• YModem相关的文件接收部分
  

1. <font color="#000000" face="Tahoma" size="2">1/**
   ( r% B+ Q) H7 I+ ~9 o- j( Q
2. 2 * @bieaf YModem升级
   ; {" ]' I! U4 k! K( K/ i3 O
3. 3 *
   5 d4 S( ^8 {" `- E
4. 4 * @param none
   7 f: m" V5 Y: A
5. 5 * @return none
   & I( m7 K/ G  h  q
6. 6 */
   
7. 7void ymodem_fun(void)
   
8. 8{
   
9. 9    int i;
   $ ]6 L4 J6 I5 T. p
10. 10    if(Get_state()==TO_START)
    
11. 11    {
    
12. 12        send_command(CCC);
    
13. 13        HAL_Delay(1000);
    % S& x0 u) v' ?* E
14. 14    }
    9 `' t/ i- M. b; D* b) ]: @. F
15. 15    if(Rx_Flag)     // Receive flag
    3 w7 J% L. j8 l1 M/ |; G. I
16. 16    {
    - T2 I5 g/ d( ]! m; C, V% ?" ]
17. 17        Rx_Flag=0;  // clean flag
    6 d9 a' \6 F, w& @0 w
18. 18
    1 R; _: w6 O5 V0 {; Q$ f1 k
19. 19        /* 拷贝 */
    * _) H# _  ^) r9 r! H6 A
20. 20        temp_len = Rx_Len;
    . ~+ M* [, H1 u  e
21. 21        for(i = 0; i < temp_len; i++)
    - A- A- F2 e" J4 H1 P; Y
22. 22        {
    
23. 23            temp_buf = Rx_Buf;
    
24. 24        }
    
25. 25
    
26. 26        switch(temp_buf[0])
    
27. 27        {
    : [* i+ C* a" c! C( G( c+ ?
28. 28            case SOH:///<数据包开始
    6 W% {, L4 u0 {4 Z$ q' O
29. 29            {
    & b/ S: A, V" ^) N
30. 30                static unsigned char data_state = 0;
    
31. 31                static unsigned int app2_size = 0;
    . N; I: K3 i5 U. J) G& g
32. 32                if(Check_CRC(temp_buf, temp_len)==1)///< 通过CRC16校验
    
33. 33                {                  
    / Q+ `* G* c: C) f
34. 34                    if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始
    - ?4 b, L' U; e; X5 ^3 X
35. 35                    {
    
36. 36                        printf("> Receive start...\r\n");
    5 s. D2 _: b+ l$ O9 F' c  M
37. 37
    4 K5 j$ B% }7 M: X& X% e6 g" V
38. 38                        Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
    # F$ _% H6 w! }: _
39. 39                        data_state = 0x01;                     
    5 j# O% u& i) F, M/ }; p
40. 40                        send_command(ACK);
    1 F4 |$ C5 Q: A8 j0 f
41. 41                        send_command(CCC);
    7 o( K- a3 l5 T0 j. W
42. 42
    % ~3 \) y) P8 Q  ]: \4 ~3 ?& y, z
43. 43                        /* 擦除App2 */                           
    ' ~8 _" E' _# W
44. 44                        Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    
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
    6 A# ?5 [7 H- `  M% M
47. 47                    {
    % }4 a( d# ?% \" M8 c) y9 i
48. 48                        printf("> Receive end...\r\n");
    
49. 49
    4 @) u$ o" J$ I  p6 S
50. 50                        Set_Update_Down();                     
    
51. 51                        Set_state(TO_START);
    : F: |5 t$ n; @2 A) H, J2 c
52. 52                        send_command(ACK);
    
53. 53                        HAL_NVIC_SystemReset();
    
54. 54                    }                  
    ) u1 ~% w- M( W
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
    
59. 59                        /* 烧录程序 */
    # H) j: |" W6 M/ j7 p8 N8 S
60. 60                        WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
    
61. 61                        data_state++;
    
62. 62
    
63. 63                        send_command(ACK);      
    
64. 64                    }
    ! ^$ X. F2 ^/ U  A5 w2 n- R3 R
65. 65                }
    & U2 U* d; a. D. k
66. 66                else
    
67. 67                {
    % r/ s( Y, F# G8 W, |  T- I; c
68. 68                    printf("> Notpass crc\r\n");
    
69. 69                }
    
70. 70
    
71. 71            }break;
    6 U& p! X! Q9 l
72. 72            case EOT://数据包开始
    , H, U. c. `4 ^% r) V3 m
73. 73            {
    + l" |% N3 q* F) P1 P
74. 74                if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    # ]  D' X$ y, r, H3 C
75. 75                {
    ) q- b7 n* F7 s- D
76. 76                    printf("> Receive EOT1...\r\n");
    
77. 77
    : j) l5 B1 ~8 Y, r, U, b
78. 78                    Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                 
    
79. 79                    send_command(NACK);
    
80. 80                }
    7 R' T7 O5 n% ~; q# G
81. 81                else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    3 \) I- S- r; ^) s! o! d
82. 82                {
    0 t: k  J& |9 V
83. 83                    printf("> Receive EOT2...\r\n");
    0 I# [) R. a# j5 q6 ~
84. 84
    
85. 85                    Set_state(TO_RECEIVE_END);                  
    
86. 86                    send_command(ACK);
    & j( W* {' J  {% ~
87. 87                    send_command(CCC);
    ! T8 O- v" P- R- ~  [
88. 88                }
    ( E0 @9 V1 c5 F. {/ E4 i$ Q
89. 89                else
    ( e) b0 Z. p1 b8 o
90. 90                {
    
91. 91                    printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    : K( Y+ i, |; U  Y5 m
92. 92                }
    # C8 `& |& J4 `7 g# ?; f
93. 93            }break;
    
94. 94        }
    
95. 95    }
    8 }" Z- I0 J) ^! r
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.
  

4. 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)
  8 f2 O8 H1 _, a2 M% B

• 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
  & M' q$ O' D7 M: C9 a

) s; N/ H& |; U5 b$ R- B/ K

• 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
  

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。
) [% p* [8 I# \0 x  }- w

0 v; r6 v$ ?( b
6 J- ^/ ?8 h/ `* \3 ?

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