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.

1 \. m7 X0 U* ]' [1 _0 L$ N$ O

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

- q4 W! B7 J$ ~

接下来就可以进入正题了.

5 x( Y' M2 f2 q, K

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:

. p- z( Q- T8 Q; {

, j% D, M6 I5 {+ l) T# S

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
  
  

) F; Z! D$ b/ ]4 L0 H, G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:
  
    j- l- Z* @0 w! |# s% ^

; Y( k1 L. m5 J, z/ K5 V2. 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:
  
  3 M. s& p& }6 ~2 E1 D

1. 1/* 采用汇编设置栈的值 */
   
2. 2__asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
   
3. 3{
   , Q, g. A: B* R: e7 |
4. 4    MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值
   ' ]- ?: ~% |* \7 y3 z# @0 f
5. 5    BX r14
   
6. 6}
   
7. 7
   ' u# ?! q- [9 m3 J
8. 8
   0 u0 T1 Z3 ]7 e: z  J7 |
9. 9/* 程序跳转函数 */
   / V: v9 T8 g* o2 O" C
10. 10typedef void (*Jump_Fun)(void);
    
11. 11void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
    
12. 12{
    
13. 13  Jump_Fun JumpToApp;
    
14. 14
    4 T% m) Y4 |) u4 D8 ^8 r" ~, K
15. 15  if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 )  //检查栈顶地址是否合法.
    
16. 16  {
    & b1 i9 q1 I/ G1 C9 `* B! c- @$ R/ k
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)
    * ?' U8 w; z9 V4 k; l& u
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.
    4 w" f: v; ^$ o
20. 20  }
    
21. 21}

复制代码

4 O: [& o7 M# Q6 Z

• 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。

" _7 X) i/ |! x$ @+ u( S

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：
  
  

) W, |6 O7 L9 R; d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
  
  3 L) t% N, V7 c' M% `* q( z

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
  
  

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
  

) P& Q$ U3 V+ a' X

• 打印版本信息以及跳转指令
  ( Y0 A; \6 f) \) |

: G1 B8 u: _0 V7 H0 h) h4 ]

. e  V; \" }! G" M  Q/ C

• YModem相关的文件接收部分
    h# @2 ^$ {& y

1. 1/**
   
2. 2 * @bieaf YModem升级
   - w3 b* q, v2 b5 g
3. 3 *
   
4. 4 * @param none
   
5. 5 * @return none
   
6. 6 */
   
7. 7void ymodem_fun(void)
   . \3 p  e$ Q+ O( h& B4 z( \3 S' `8 y
8. 8{
   
9. 9    int i;
   8 L5 }( L+ L9 i$ d2 T: S3 s
10. 10    if(Get_state()==TO_START)
    ; v% |* s5 y3 r9 u+ n& k
11. 11    {
    
12. 12        send_command(CCC);
    
13. 13        HAL_Delay(1000);
    
14. 14    }
    & i- b: V6 @$ m- y( X
15. 15    if(Rx_Flag)     // Receive flag
    7 y9 L! Z" ^  M+ J! W- f
16. 16    {
    % L3 G6 ]" b& K4 u  @$ z
17. 17        Rx_Flag=0;  // clean flag
    + R+ E: @. @: X8 x: U! I& \
18. 18
    
19. 19        /* 拷贝 */
    ( r- X" a* v% }* O( B' A. X. w! ~3 J
20. 20        temp_len = Rx_Len;
    
21. 21        for(i = 0; i < temp_len; i++)
    
22. 22        {
    
23. 23            temp_buf<i> = Rx_Buf<i>;
    6 _, W1 m8 o5 s* Q' l9 i" ?
24. 24        }
    
25. 25
    
26. 26        switch(temp_buf[0])
    
27. 27        {
    & [' c3 F- y4 t( m' w. A0 q8 G
28. 28            case SOH:///<数据包开始
    * L% S% v! m( M# V( h
29. 29            {
    
30. 30                static unsigned char data_state = 0;
    ) [2 C# Q2 W7 m' N  [
31. 31                static unsigned int app2_size = 0;
    
32. 32                if(Check_CRC(temp_buf, temp_len)==1)///< 通过CRC16校验
    
33. 33                {                  
    
34. 34                    if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始
    2 B* ^5 [: c3 a/ i$ [
35. 35                    {
    & T- T% z2 n- D
36. 36                        printf("> Receive start...\r\n");
    ( q! j" N$ p. ~
37. 37
    4 Y; p3 y' ?2 p  ]+ [# X: b
38. 38                        Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
    
39. 39                        data_state = 0x01;                     
    5 U8 i5 _3 e& }# X# t# z5 K% @# C
40. 40                        send_command(ACK);
    , _" B# H- P, v' z# c5 @
41. 41                        send_command(CCC);
    
42. 42
    * |1 q! |) I7 s
43. 43                        /* 擦除App2 */                           
    
44. 44                        Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    , Y) ?1 b' n& R  Y% g$ ?* X
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                    {
    
48. 48                        printf("> Receive end...\r\n");
    0 V, I9 }$ x" m. k, f6 z
49. 49
    
50. 50                        Set_Update_Down();                     
    
51. 51                        Set_state(TO_START);
    
52. 52                        send_command(ACK);
    
53. 53                        HAL_NVIC_SystemReset();
    7 V5 T" e. p/ |$ F
54. 54                    }                  
    / C( Y) U1 \  p% D! o5 T3 G% |
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
    4 J! _' |! w1 R- c; H% h# e- j" j
56. 56                    {
    
57. 57                        printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    
58. 58
    
59. 59                        /* 烧录程序 */
      }9 ]* |  |& {) I
60. 60                        WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
    
61. 61                        data_state++;
    
62. 62
    ' u2 N; k: U  o. `  P
63. 63                        send_command(ACK);      
    0 k3 a6 t, i; i% v& X% I  x8 a
64. 64                    }
    
65. 65                }
    ! g; w/ C6 o+ g1 ?" I
66. 66                else
    6 K3 Z, q, R  G: R  e; W
67. 67                {
    
68. 68                    printf("> Notpass crc\r\n");
    3 Z9 E; s& R* m  j" g
69. 69                }
    
70. 70
    5 p5 z0 I# J4 L. ^- b
71. 71            }break;
    7 o0 A1 b1 }/ y- s* B# P# x3 ^9 _
72. 72            case EOT://数据包开始
    , _9 }9 O. c. a- S2 Y, M5 N
73. 73            {
    . [% j* c3 s( l0 e
74. 74                if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    
75. 75                {
    ( H, |" L6 w, H( }. ?- |2 y$ H
76. 76                    printf("> Receive EOT1...\r\n");
    
77. 77
    
78. 78                    Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                 
    6 C0 h1 q# j  q4 Z& o6 K( C# ]
79. 79                    send_command(NACK);
    # g" {" M- R2 u2 d* H9 O. T
80. 80                }
    , o5 f7 A5 x/ B
81. 81                else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    
82. 82                {
    % ]. }* n1 B. `# B
83. 83                    printf("> Receive EOT2...\r\n");
    1 m  d+ O3 q  c2 E: x
84. 84
    
85. 85                    Set_state(TO_RECEIVE_END);                  
    * X: k: I6 S! y; [7 w/ w! j9 O5 z
86. 86                    send_command(ACK);
    
87. 87                    send_command(CCC);
    
88. 88                }
    
89. 89                else
    2 N, E3 ?, [, q/ c' o- m' {0 I* y
90. 90                {
      S% a* M7 U% j( B
91. 91                    printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    
92. 92                }
    
93. 93            }break;
    % Q  r6 _, E# g4 H8 }4 P# _1 j
94. 94        }
    2 N% b1 N, C; l' B3 I$ L
95. 95    }
    
96. 96}</i></i>

复制代码

/ j& p+ L" [/ h" s( p% G

• 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
7 C' b6 }0 P- i- `- C$ j2 m) I0 L

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」。
  

1 G" _4 a/ r" L9 h! g- vBootLoader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)
• 
  
  * }3 N3 t3 n8 h8 w! z

• 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
  & c# U8 @( K6 P& h2 l

• 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
  

5 D: K' P, K  h4 @

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
  

• 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!
  & G( F; z0 |  f6 H* B

' h& k6 @0 y' F7 v; z  l
8 k+ A; [. f4 @$ v9 N/ r! }$ U  V5. 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。


1 A# o; o* t8 I0 f% ^
; O  K3 ]& z2 r9 q. r