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
  
  ( U" ?7 j2 g! t  F' j

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 */
   ! ?5 w  X7 g. G4 M* j7 \
2. 2__asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
   : c! v% r0 V& T) |: X' Q( h  j$ C4 j) C6 _
3. 3{
   
4. 4    MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值
   
5. 5    BX r14
   
6. 6}
   
7. 7
   
8. 8
   
9. 9/* 程序跳转函数 */
   * w, m7 ^' B# r$ o+ e
10. 10typedef void (*Jump_Fun)(void);
    # F2 i( p; `1 z, N8 O* z$ G
11. 11void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
    
12. 12{
    / t, }( }* Q2 Z% u; Q0 E
13. 13  Jump_Fun JumpToApp;
    & [/ T+ M& J7 h4 J* K4 \
14. 14
    
15. 15  if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 )  //检查栈顶地址是否合法.
    ( Y3 \* T9 M* g# m7 R6 z. R
16. 16  {
    + _- S) _# w( z# @9 d# s
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)
    * ^+ M; ~; L4 D& r  u6 i0 r( [. N  E, Y
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)
      I% ?0 b2 E8 j. k
19. 19    JumpToApp();                                                //跳转到APP.
    8 f$ O% E6 l& Z" w1 s
20. 20  }
    
21. 21}

复制代码

9 a- |8 D; U! E7 E" }

• 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
  
  

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
  
  ; N: x8 D7 j+ m' V1 A* a

  W4 `3 ?, d: |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
  5 {* o3 c/ F4 J  }+ ~/ N' B

• 打印版本信息以及跳转指令
  

• YModem相关的文件接收部分
  / y. H' H: H$ y7 ?+ Y8 I$ k

1. <font color="#000000" face="Tahoma" size="2">1/**
   
2. 2 * @bieaf YModem升级
   + ?: z0 g$ e/ f! w& f  }
3. 3 *
   8 t3 _* k5 _9 {
4. 4 * @param none
   1 R0 m4 v( r+ Y! ^
5. 5 * @return none
   ! U! @1 J, \. t$ U, X
6. 6 */
   ( e1 K( b3 F/ S" u: j; n
7. 7void ymodem_fun(void)
   
8. 8{
   * Z8 _7 i! {7 w$ @4 B$ H
9. 9    int i;
   
10. 10    if(Get_state()==TO_START)
      r$ b3 T" q" O$ ^. d2 a
11. 11    {
    8 \! J) B% E$ _) l
12. 12        send_command(CCC);
    
13. 13        HAL_Delay(1000);
    ! @/ ]5 v; I$ j( @# k+ {
14. 14    }
    9 I& O3 S$ a# P& ]1 Z2 u9 @/ w
15. 15    if(Rx_Flag)     // Receive flag
    
16. 16    {
    6 O; G6 t; i+ N$ ?" Y) m
17. 17        Rx_Flag=0;  // clean flag
    
18. 18
    
19. 19        /* 拷贝 */
    % e- ]" x7 m8 @& k# @
20. 20        temp_len = Rx_Len;
    
21. 21        for(i = 0; i < temp_len; i++)
    , t: E: J9 w" B
22. 22        {
    
23. 23            temp_buf = Rx_Buf;
    
24. 24        }
    
25. 25
    : [! ]  l, J0 }* u: Z
26. 26        switch(temp_buf[0])
    1 u3 |- W7 p  g) j
27. 27        {
    " r6 V4 E0 t7 B- @
28. 28            case SOH:///<数据包开始
    
29. 29            {
    5 K0 }1 g! _) Z/ C! L/ n5 J& w) m  E+ @
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
    ' Q) g# t7 X5 d$ Z: f! @; e5 I
33. 33                {                  
    
34. 34                    if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始
    6 u8 f7 w" \+ B+ ]9 I6 H* v/ K& g
35. 35                    {
    
36. 36                        printf("> Receive start...\r\n");
    
37. 37
    1 f6 p0 }0 S1 E5 M! o5 p- V* q
38. 38                        Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
    
39. 39                        data_state = 0x01;                     
    
40. 40                        send_command(ACK);
    1 e4 h( b, Z) A$ ?( @/ w6 Q3 d6 U
41. 41                        send_command(CCC);
    . R" s8 d; _/ }+ h
42. 42
    
43. 43                        /* 擦除App2 */                           
    
44. 44                        Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    
45. 45                    }
    5 F; `: v9 v7 P
46. 46                    else if((Get_state()==TO_RECEIVE_END)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 结束
    7 `( S; ?& r9 p6 e+ o
47. 47                    {
    
48. 48                        printf("> Receive end...\r\n");
    4 F) \$ q6 J3 b6 y6 ^( m
49. 49
    
50. 50                        Set_Update_Down();                     
    
51. 51                        Set_state(TO_START);
    % {6 i9 e& |; j0 Z' F, `: T
52. 52                        send_command(ACK);
    
53. 53                        HAL_NVIC_SystemReset();
    / {1 C( {" t& |) Z# q8 \6 v$ a8 W
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                    {
    : w3 q% E5 X; V, _9 }6 J5 g1 Z
57. 57                        printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    
58. 58
      r' v0 g- u& K6 J
59. 59                        /* 烧录程序 */
    
60. 60                        WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
    " l. ~  ]4 l1 @  T
61. 61                        data_state++;
    7 x% H5 j( y/ F  b6 g0 K8 @; J
62. 62
    
63. 63                        send_command(ACK);      
    8 r9 k9 w+ a, y* I* _3 |# H+ T
64. 64                    }
    0 q' Q: Y; J* V! W" q4 u! ]$ z. k
65. 65                }
    
66. 66                else
    & _* W8 W! U; Q5 f  l/ K
67. 67                {
    
68. 68                    printf("> Notpass crc\r\n");
    
69. 69                }
    
70. 70
    
71. 71            }break;
    / z( c5 G9 N2 y$ e2 y, J& \
72. 72            case EOT://数据包开始
    / x. M) c! L& U6 @
73. 73            {
    
74. 74                if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    / G' R/ c: C& r& a- |
75. 75                {
    
76. 76                    printf("> Receive EOT1...\r\n");
    ; a) p, I$ P/ d: ?, G
77. 77
    
78. 78                    Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                 
    " N! y9 E9 n9 k* N2 ]
79. 79                    send_command(NACK);
    
80. 80                }
    5 j2 [  b% P4 }) |  K+ R
81. 81                else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    ' m5 x8 @+ z$ |5 _2 o* \- h/ k
82. 82                {
      b, \8 |0 Q! r* O6 c0 U
83. 83                    printf("> Receive EOT2...\r\n");
    ) o' a5 [+ Y! M' h
84. 84
    
85. 85                    Set_state(TO_RECEIVE_END);                  
    5 H% A8 k, c& @7 R% K% K1 x
86. 86                    send_command(ACK);
    
87. 87                    send_command(CCC);
    
88. 88                }
    
89. 89                else
    
90. 90                {
    
91. 91                    printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    # _: X, ?- H' {- B/ m5 [. t
92. 92                }
    
93. 93            }break;
    
94. 94        }
    
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.
  

4. 整体测试
4 Y1 c- D( ~* o) d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
  

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
  

, x1 Q8 a% x" R6 _7 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
  6 a) ^7 s, X9 B4 W+ {3 B

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
  1 o- d: N- {5 p. _, X/ D+ o* D6 s

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!
  . e  e9 H& H5 G8 J. ]8 G

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。
9 k* ~+ @4 t5 O

: t0 _2 a# C+ O! h4 z



- i, O# {0 k7 A- X

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