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.

7 X' n/ n( h% t3 s

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.

/ j2 x1 _$ _+ L, s0 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:

' C9 r( J+ _/ D. V% H+ ~, M

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
  
  ' s$ Y  ?7 H1 i, N
  0 C3 }+ n6 \/ y5 ~8 h

' h8 u1 C7 ^; p3 s! B6 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

' K$ ^( S3 m& _+ ~( a1 F

, T) G0 ^7 Z8 T* f5 P5 V1 b  H

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:
  
  

  i6 X+ C$ ?- c2 L' E, g5 ~

1. 1/* 采用汇编设置栈的值 */
   
2. 2__asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
   / b) A5 m: [6 D
3. 3{
   ! \# _# o* S' C* h
4. 4    MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值
   5 J% X% I0 A% \5 C6 W3 e6 s
5. 5    BX r14
   
6. 6}
   
7. 7
   8 s6 ?3 l' ^3 T4 z; l  T$ e, |) I9 s
8. 8
   
9. 9/* 程序跳转函数 */
   # a4 O  M2 b$ |1 u. N0 r" v
10. 10typedef void (*Jump_Fun)(void);
    
11. 11void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
    5 D: g) W  v9 l" q
12. 12{
    
13. 13  Jump_Fun JumpToApp;
    
14. 14
    & U& w$ S  _2 }& l; y$ \+ x5 Y
15. 15  if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 )  //检查栈顶地址是否合法.
    
16. 16  {
      l: |! Z/ m. H. s% H0 y
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)
    # x% [" R7 b: }; I8 X
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.
    
20. 20  }
    1 q- t8 x& V: ]* W! {& ~
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
  
  
  

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：
  
  + F7 L6 ?0 W, c8 \6 p9 V) M" d
  * h9 Q' p1 u6 @& H+ I0 \1 G$ R

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
  
    d& h' U9 G  [8 h2 _; }
  

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
  
  

7 Z  f" c  @. E0 @) j7 Z, X2 y# R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
  

4 m. q* T  Y3 V0 r9 z; k# g1 O

• 打印版本信息以及跳转指令
  
• 
  
  9 I3 J. D3 ]5 U3 C* G; v

. I4 Z, Z6 X5 ~  P; X9 L

• YModem相关的文件接收部分
  

1. 1/**
   + }- K1 |+ b, X4 z1 w/ Q  z
2. 2 * @bieaf YModem升级
   1 Q' O4 e: z7 h6 P
3. 3 *
   0 K" r4 s8 I. O6 m* X* T' v) B  x
4. 4 * @param none
   7 x7 [, A. x9 n. q9 S7 s8 |# w
5. 5 * @return none
   + }! p. w1 {6 u- C4 _& F
6. 6 */
   
7. 7void ymodem_fun(void)
   : m* f; w' g' _5 Y
8. 8{
   " e" v- {9 b: r" W7 j
9. 9    int i;
   
10. 10    if(Get_state()==TO_START)
    / i1 @0 A! s3 F0 d
11. 11    {
    ( l+ i5 T: u. d" \. z! _
12. 12        send_command(CCC);
    
13. 13        HAL_Delay(1000);
    
14. 14    }
    3 Q& o$ Z# V* O' w$ L9 B
15. 15    if(Rx_Flag)     // Receive flag
    
16. 16    {
      T  @: t6 D: }7 u9 d/ \
17. 17        Rx_Flag=0;  // clean flag
    ( k8 D$ B0 @' o: E- \8 Z1 \
18. 18
    % d9 d1 v: B/ j
19. 19        /* 拷贝 */
    ; i& Z  P* ~$ a4 G& g
20. 20        temp_len = Rx_Len;
    " m* p" h* [! m& X3 J
21. 21        for(i = 0; i < temp_len; i++)
    2 {) Q8 g/ a0 o$ e+ h
22. 22        {
    " y" P' i& c! L& [2 G. z  Q
23. 23            temp_buf[i] = Rx_Buf[i];
    # m9 @1 F$ s* B1 c3 Y: D
24. 24        }
    
25. 25
    & ]4 g. [" L# I3 u
26. 26        switch(temp_buf[0])
    
27. 27        {
    
28. 28            case SOH:///<数据包开始
    
29. 29            {
    - Q( q" F* D5 z7 l
30. 30                static unsigned char data_state = 0;
    
31. 31                static unsigned int app2_size = 0;
    + x; _2 v9 l& O8 Z3 n
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
    * x9 n# f+ v" {7 W
35. 35                    {
    
36. 36                        printf("> Receive start...\r\n");
    0 r( p; ]6 f8 j9 G6 W7 x3 }5 ^$ u
37. 37
    9 m& A: h* A3 x2 n0 X. S
38. 38                        Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
    
39. 39                        data_state = 0x01;                     
    
40. 40                        send_command(ACK);
    
41. 41                        send_command(CCC);
    
42. 42
    - i4 W% W) ?- g) @3 N, t
43. 43                        /* 擦除App2 */                           
    : s4 o4 Z" P9 f0 `( s6 w  t0 |
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
    
47. 47                    {
    5 }7 V$ L. N: X1 p
48. 48                        printf("> Receive end...\r\n");
    
49. 49
    3 j: Y) ^3 d# j# E. V- u
50. 50                        Set_Update_Down();                     
    7 O9 M( l7 u/ }" }
51. 51                        Set_state(TO_START);
    - \' |' T, I1 V8 y8 s% I
52. 52                        send_command(ACK);
    
53. 53                        HAL_NVIC_SystemReset();
    8 q% Y* |7 a8 q4 D, U
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                    {
    % b8 [& |; }& o2 g: t1 k; j
57. 57                        printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    7 F' {% F2 Y- c  X3 P0 a* Q, n
58. 58
    . V' g: z+ }8 {4 `4 L
59. 59                        /* 烧录程序 */
    
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);      
    7 K' }1 O% y% [5 O
64. 64                    }
    3 _: j. k9 P0 W. j, E6 N
65. 65                }
    1 ]6 j) h2 `- @, Z( a
66. 66                else
    4 I% n$ z9 D: G* c& u" T
67. 67                {
    
68. 68                    printf("> Notpass crc\r\n");
    
69. 69                }
    
70. 70
    
71. 71            }break;
    
72. 72            case EOT://数据包开始
    4 b- E* Q" X; F/ F/ l
73. 73            {
    
74. 74                if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    : [# r7 }( b) L6 d$ S' ^
75. 75                {
    9 A9 Z8 w0 s% h8 p2 F4 P* c( m3 l
76. 76                    printf("> Receive EOT1...\r\n");
    
77. 77
    
78. 78                    Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                 
    & V: Z2 |, c" ?. Y- O9 N: j
79. 79                    send_command(NACK);
    
80. 80                }
    
81. 81                else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    
82. 82                {
    5 m* U: Z# ]) k8 ^
83. 83                    printf("> Receive EOT2...\r\n");
    1 p* q* h9 C& s7 k& ~: L
84. 84
    
85. 85                    Set_state(TO_RECEIVE_END);                  
    * v. ?$ b& p3 `. H# z- t) d) ?
86. 86                    send_command(ACK);
    
87. 87                    send_command(CCC);
    
88. 88                }
    / t# D2 \8 t% v
89. 89                else
    1 `5 q5 C6 A8 D4 E/ Y
90. 90                {
    
91. 91                    printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    
92. 92                }
    2 g& }6 D8 e1 y- o, {
93. 93            }break;
    2 l8 c) f, v7 U5 i3 B
94. 94        }
    4 ^% r, J5 i# s5 G1 V; f9 X( G# L) k
95. 95    }
    
96. 96}

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.
  

$ {, t' k5 w+ u2 k0 w: X4. 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」。
  - `4 c1 b& M( x: i% r8 r

* |; A9 \; i4 e4 i* [. [3 l$ W* L

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
  " U5 w+ G  r7 p1 d2 H
  

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
  0 H8 y- F+ M% P6 G& a; q
• 
  
  " I. g8 R* a% ~$ x$ S  `( [& p' F

# J% T6 @$ d- ~$ U  x% G

• 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
  . Q: p9 w" i: I& F6 I) _: i* R
• 
  * J" n; p6 A& ^1 t# M; e
  

9 `& ]% j4 N, L+ \3 u$ ~- b2 ~# 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
  
  

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
  9 i$ |8 Y2 h  y; k7 v' l/ y: b  a
• 
  # R- o' N! U: D+ ?2 k+ C4 Y3 B
  * H2 t5 i# B0 u% s& u7 e

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!
  , p& [% l5 x( h! E% ^
  ' J' y) d& X1 J1 F; A

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。
% R2 E5 n) [' f; u5 q
- W+ H  q6 N) K' B7 o
. Y8 }* F3 G7 a- }2 l6 t8 X; }. e
1 L9 U2 B/ ?/ O+ @% P; R转载自：mculover666
3 \' u, V, t$ W, }