简介
/ d$ @% N0 f! h" [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 b8 c- h! r: b6 H1 t+ V, {3 ~
1. 在线升级知识
. O4 t) `. T6 [3 [9 `7 t- Y什么是BootLoader?
0 ^3 o# w) R+ @% k1 U1 C3 }, N( o5 aBootLoader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
  n6 w  k8 f# E. M

" [: k( c! Z  Y2 A% A
, ?) L9 N7 P1 x8 n接下来就可以进入正题了.
% @& t# A4 ~) w+ G0 D9 n
进行分区
" ~+ {5 A4 z9 X: a5 G; {- n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:
6 q' ^, j! P: U0 x) ~5 M( d


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
& k2 {2 S0 r* a4 s. FApp1区存放应用代码
App2区存放暂存的升级代码
, Z3 K8 Z+ u8 ?1 L1 a
% M1 v+ n! Q8 A, @4 s! D- y) B2 S! q

# U! S$ s3 g5 b2 ^总体流程图
8 h% \( N' i4 c& W* ?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.

$ C8 }/ b: f6 M/ }. h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.
: t- \3 S) w. A0 x8 n/ J
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。

$ q; s/ @4 H: W9 X  {. H; E* e2 c流程图分析
以我例程的BootLoader为例：
' J& y8 X  s# G+ A/ K2 c; Z
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
7 [5 h2 `  y1 E% l5 [+ L

) ]" t: N9 Z( z
) I( u1 J3 Y0 Q. k程序编写和分析
' T- t: @8 D  l) l# G: N+ n+ s所需STM32的资源有:
' I" A% R& H" p( D, p0 m发送USART数据和printf重定向
Flash的读写
/ m' b. X( s7 W6 V3 k* e4 ~/ g" Q# V程序跳转指令,可以参考如下代码:
, D& E# b, c& H3 ^; }0 j

1. 1/* 采用汇编设置栈的值 */
   
2. 2__asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
   
3. 3{
   0 i; ?* }, ]0 Y) N( k1 r+ Q3 q
4. 4    MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值
   
5. 5    BX r14
   
6. 6}
   
7. 7
   ; h9 N  P1 S- j% l$ i
8. 8
   8 ^$ ?' I) z& x0 r8 e$ w6 l+ j
9. 9/* 程序跳转函数 */
   # N( i( n2 t! J
10. 10typedef void (*Jump_Fun)(void);
    + H3 G1 u5 O8 i
11. 11void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
    ) B/ f% M/ f+ y% C1 j1 [' s4 E
12. 12{
    6 P# J: v" H1 F- k$ y0 w% v
13. 13  Jump_Fun JumpToApp;
    / b. v8 z7 I5 o, v  P4 j
14. 14
    
15. 15  if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 )  //检查栈顶地址是否合法.
    
16. 16  {
    + D4 T5 K# g& Z0 I8 ^4 Y5 H% A
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)
    ; |% ?! l6 X: o$ v0 e
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  }
    
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);
, g3 E+ f) D5 e/ W- p# e
9 r7 `# m" N5 Q& ], j其他的代码请参考BootLoader源代码

3 ]7 _! l: X0 `! V: v7 j2 s3. APP的编写
3 N  c# M) n/ e& Z  _" K/ v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。

3 G7 h3 D8 X, _& X流程图分析
5 v2 C' T& b  T5 a& g以我例程的App1为例：
+ j& e+ X/ \8 I% \: ~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；
% O7 a$ w1 N. D* O- `. _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：
, c" q& X7 v5 A* W
- A% }- s3 H. h3 U

: I. f8 l3 M: U9 B- G* a程序编写和分析
2 H: }" E1 p% Q* X* P' ^- I所需STM32的资源有:
发送USART数据和printf重定向
Flash的读写
+ W* X* }2 p+ [串口的DMA收发
YModem协议相关
4 f& C4 g4 y1 ~5 q0 ^5 q7 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
3 @1 \7 w( w5 u8 s$ g. f8 ^
; ^/ G6 c: F$ |( f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
. u+ u, Z* d! F: v/ m0 w后面放了我的源代码, 详情请参考我的源代码.
& F' R# W4 h" p/ a0 N2 O) E4 @主函数添加修改向量表的指令

; i# j; W, N/ w1 @7 C+ W) ^3 U: f" q

4 K# I4 z5 |  [打印版本信息以及跳转指令
3 g1 a$ s$ V% N# y  UYModem相关的文件接收部分

1. 1/**
   
2. 2 * @bieaf YModem升级
   - r# V8 @; I9 S
3. 3 *
   
4. 4 * @param none
   / t3 \3 }5 x9 F' n' I* u4 l
5. 5 * @return none
   
6. 6 */
   % z- l/ ]& ]+ M  v: m4 B6 _, G
7. 7void ymodem_fun(void)
   4 n$ L1 {2 i' u) d- [
8. 8{
   
9. 9    int i;
   9 l% d+ g( S. @# I% Y7 i3 @0 ^
10. 10    if(Get_state()==TO_START)
    
11. 11    {
    / X" t" D3 c) m6 L
12. 12        send_command(CCC);
    # l8 K" j$ ^4 j/ Q
13. 13        HAL_Delay(1000);
    
14. 14    }
    & x3 a9 d  Y% P0 {# ]' {% p
15. 15    if(Rx_Flag)     // Receive flag
    # Z( S. }# W; y7 S
16. 16    {
    
17. 17        Rx_Flag=0;  // clean flag
    
18. 18
    
19. 19        /* 拷贝 */
    
20. 20        temp_len = Rx_Len;
    
21. 21        for(i = 0; i < temp_len; i++)
    - ~  g6 |- ?0 n8 g
22. 22        {
    
23. 23            temp_buf= Rx_Buf;
    8 i; I1 v4 P  ?1 I% X
24. 24        }
    
25. 25
    0 y: Z5 w4 h& O* h2 M
26. 26        switch(temp_buf[0])
    * A4 H& S$ w: T
27. 27        {
    
28. 28            case SOH:///<数据包开始
    
29. 29            {
    " S) k7 z6 C6 N7 a) r6 |/ h. J* S
30. 30                static unsigned char data_state = 0;
    
31. 31                static unsigned int app2_size = 0;
    ; J8 Z1 b" l# n+ d/ ~' X
32. 32                if(Check_CRC(temp_buf, temp_len)==1)///< 通过CRC16校验
    $ D% R( p4 d1 L3 ]8 ]- A
33. 33                {                  
    
34. 34                    if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始
    , i# [' k5 [. t5 B$ E+ p: q5 n! ?
35. 35                    {
    
36. 36                        printf("> Receive start...\r\n");
    
37. 37
    3 W. ^- E' n, m% G/ c: e4 z
38. 38                        Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
    . T* T% v% S. A) W# j
39. 39                        data_state = 0x01;                     
    ! C/ N0 l" P0 [0 e( U
40. 40                        send_command(ACK);
    9 p' T8 X/ j+ D9 a# o
41. 41                        send_command(CCC);
    . A  M- I' s& j' ]# X) \
42. 42
    , {: F0 f* I& A' x# }, j# m4 h
43. 43                        /* 擦除App2 */                           
      w5 H1 h; @7 v% s4 ?. z
44. 44                        Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    
45. 45                    }
    7 z1 I9 Z) J* v, e
46. 46                    else if((Get_state()==TO_RECEIVE_END)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 结束
    % L8 n; l+ ?7 ^; q& r8 Z
47. 47                    {
    
48. 48                        printf("> Receive end...\r\n");
    5 I% D& p7 z' r+ s! x
49. 49
    # ^' @; l8 F# x9 [' [0 a6 I  i) T
50. 50                        Set_Update_Down();                     
    % h* u8 B' U7 j+ r4 D
51. 51                        Set_state(TO_START);
    
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                    {
    
57. 57                        printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    
58. 58
    
59. 59                        /* 烧录程序 */
    
60. 60                        WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
    1 K. O. s1 h2 p" e: `. ~1 X
61. 61                        data_state++;
    
62. 62
    2 Y5 F  A. C/ F6 o' K
63. 63                        send_command(ACK);      
      ^( q1 e5 y3 H) i) r8 B0 F
64. 64                    }
    4 Z& H- k# M. S) b) _
65. 65                }
    
66. 66                else
    
67. 67                {
    + o: e$ ~; ?1 G9 `$ {3 Y) B
68. 68                    printf("> Notpass crc\r\n");
    5 ]: V' {" p* W- q! S3 k4 ]) F  d1 i
69. 69                }
    
70. 70
    
71. 71            }break;
    8 K# f' r. ], \% p: U/ ?
72. 72            case EOT://数据包开始
    9 @5 M, F" N, k. X
73. 73            {
    
74. 74                if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    1 N2 h2 W0 W: @. s) w- |. M/ E- H
75. 75                {
    
76. 76                    printf("> Receive EOT1...\r\n");
    
77. 77
    
78. 78                    Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                 
    
79. 79                    send_command(NACK);
    
80. 80                }
      N# i# J% A4 U5 t. u- u6 m/ N
81. 81                else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    * c! G+ M/ n/ S; w$ M
82. 82                {
    ! @) D: ?2 D2 h" l
83. 83                    printf("> Receive EOT2...\r\n");
    9 o- x8 F+ u& z
84. 84
    
85. 85                    Set_state(TO_RECEIVE_END);                  
    6 V$ O( v5 O/ e- y0 o
86. 86                    send_command(ACK);
    ; w9 T' h8 s) V( R( v7 {7 R0 l
87. 87                    send_command(CCC);
    6 i$ m$ s$ @: {# m: c
88. 88                }
    
89. 89                else
    
90. 90                {
    8 ^# \6 e( ~% z2 A: \8 r, t  H
91. 91                    printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    ( @$ w) s5 [3 U$ M( e
92. 92                }
    
93. 93            }break;
    
94. 94        }
    
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.

( O: j9 z8 ^) f; O4. 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。

5 c3 p( ?- d3 v5 J2 F$ m代码的下载
- x* x2 f6 |, |' D0 T/ y+ L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」。
* V( ^! H, V3 T6 U

4 N$ I, r+ x" n% s) o$ b0 b/ K
9 Y" l9 [; o6 V2 v" T3 _* DBootLoader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)
( D, M1 z/ y' y0 X

0 y5 L- j* X' S9 ~
$ |' `, @1 O8 u/ k+ \+ |烧录代码
: v/ x  Q% X3 Z% j- ^运行, 通过串口1打印输出, 会看到以下打印消息
7 e! J; T3 Z3 V8 `说明BootLoader已经成功运行
: ?& N3 i5 P- m; c5 q6 f
; i, }# `5 U! S$ N9 v& u

- u5 Z9 s1 N: D( v- B/ q4 n: b) iApp1的下载
* L; n% f7 X5 ?. a8 W: @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  l2 S/ c- a( s2 _
. L% s6 s6 z3 c
& ]: f! Y/ P, i0 X+ W" N* A6 u/ }
$ W% u6 `3 b4 J; s3 E5 P. O
烧录代码
! I! {: L' C. ]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

! _0 F2 f* w, q

: }9 x6 I% R( C3 P& w& H生成App2的.bin文件
% [) T9 c" Y) D! b* _8 H5 ^$ ?Keil如何生成.bin文件, 请参考这篇博文 Keil如何生成.bin文件
5 P0 N3 m1 Z. b& N修改代码, 把版本号改为0.0.2, 并且编译并且生成.bin文件
+ m/ P0 O( m$ H7 B7 i, ^- r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
( x. Z/ ]: Z! k9 F" J/ e+ ~打开Xshell
2 r1 m0 s8 c1 K0 \! b. o7 x代码中, 串口1进行调试信息的打印, 串口2进行YModem升级的
) r$ b$ g/ n9 B+ W: N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
$ W" k: K4 B% B$ }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
6 W8 C- j) b2 M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。
+ ~: `4 z7 `" q8 J! P
转载自：单片机与嵌入式
' G2 [2 C& R4 V