最近因项目需求要实现STM32的在线升级即IAP功能，先将这几天的学习体会和IAP的具体实现总结出来，分享给大家，希望对同样实现IAP的童鞋有所帮助，文中最后会上传名为STM32_Update.zip的压缩文件里面包含了STM32_App、STM32_MyBoot_V1.0和升级软件STM32_UpdateSoftware的源码文件供大家参考。所有程序都经过测试，可以直接在原子哥的开发板上跑，上位机的升级软件大家可以直接打开
STM32_Update\STM32_UpdateSoftware\Release\STM32_UpdateSoftware.exe来升级，如果需要查看源码请用VS2010打开工程文件。
( ~/ _8 W. L0 H/ Z% ]& s# F
最终要实现的是：
# r; B5 d% |' D3 Y8 H+ f6 y单片机每次上电会先运行Boot程序，检查标志位如果标志位为FLAG_TO_APP则直接跳转到App程序运行，如果标志位为FLAG_TO_BOOT，则运行Boot程序准备升级。在运行App程序时，当接收到升级的指令后会在FLASH中的某处空间写下升级的标志位FLAG_TO_BOOT，并且加载Boot程序，Boot程序会接受新的程序文件并且存储在相应的FLASH空间里，完成升级后会在标志位的空间写下FLAG_TO_APP，并且运行新的程序。

帖子包含如下几个方面：
1. 什么是IAP?
/ v( v2 g8 G) R8 [) m/ B8 k5 s, K2. STM32的启动模式？
3. STM32的FLASH分布？
4. STM32程序的运行过程？
5. BootLoader程序的编写（如何实现程序的动态加载）？
. j+ m0 s* n/ K; A6. App程序的编写？
7. bin文件的转换？
1 V0 Y: y* W4 c/ S! ?8. 上位机串口升级软件的简介
& e  A8 Y, |, W-------------------------------------------------------------------------------------------------
1. 什么是IAP？
IAP的知识网上的各种资料也说的比较明白，在此简单介绍一下。IAP（ In Application Programming）即在线应用编程，也就是用户可以使用自己的程序对单片机的User Flash的某一区域（一般为存放自己程序的区域）进行烧写。在真正的工作中产品发布后，可以很方便的使用预留的通信接口（串口、USB、网口、蓝牙等）来完成程序的升级，从而避免了把机器拆开使用下载器烧写程序。要实现IAP功能一般要设计两部分代码，一是BootLoader程序，这部分程序存储在FLASH的某一位置，主要用来引导、升级App程序；二是App程序，这个程序才是实现产品的功能程序。通过BootLoader来完成对App程序的更新升级，这就是IAP功能。
' M: _) E0 ?; K5 {6 \7 `/ E2. STM32的启动模式
很多初学者对于STM32的启动并不是很了解，这在《STM32的参考手册》以及网上各种资料里也有介绍，下面再简单介绍一下：
STM32有三种启动方式，主要是通过管脚BOOT0和BOOT1的连接方式来控制的，如下图所示，因为我们要让程序从主存储器启动，因而在硬件                设计时要选择第一种方式把BOOT0接到GND，BOOT1任意，可以拉高也可以拉低。



note: STM32上电启动并不是直接进入main函数，而是先进行系统初始化，这个函数的调用是在启动文件startup_stm32f10x_hd.s（因为我的单片机是STM32F103RCT6,大容量芯片所以是这个文件）中执行复位中断Reset_Handler时被调用的，执行完复位中断才会进入main函数。
3.  STM32 FLASH的分布
STM32每种型号单片机的FLASH大小及地址分配在芯片手册里都有介绍，我使用的是STM32F103RCT6的型号其FLASH为256K属于大容量产品其        
. u( K- V  I, Y; a1 u3 p8 z8 tFLASH的分布如下图：主存储块的地址是从0x08000000到0x0803FFFF共256K

6 I7 j+ R+ P/ u


# w! S5 \; k+ V$ G  F我们在设计程序时把FLASH分成3部分，第一部分从0x08000000到0x0800FFFF共64K来存放BootLoader程序，第二部分为0x08010000        
到0x0802FFFF共128K来存放App程序，第三部分从0x08030000开始到0x803FFFF共64K来存放程序运行的标志位和其他，如下所示：
: [- [; R' e  H" Q


4. STM32程序的运行过程
STM32的程序运行过程在很多资料里也都有介绍，因为STM32F103的单片机是基于Cortex-M3核的，它的内部主要是通过中断向量表来响应各种中断，内部闪存的起始地址是0x08000000，中断向量表的起始地址是0x8000004，程序启动后，将首先从“中断向量表”取出复位中断向量执行复位中断程序完成启动，当中断来临时STM32 的内部硬件机制亦会自动将 PC 指针定位到“中断向量表”处，并根据中断源取出对应的中断向量执行相应的中断服务程序。


; m$ B6 K( c, e' \* W
如上图所示STM32的正常启动流程是：
a. STM32上电后会从 0x8000004 处取出复位中断向量的地址，并跳转执行复位中断服务程序，如标号1所示；
* Y# h# d+ `2 Y  d/ C( ^b. 复位中断复位程序执行完成之后就会跳转到我们的main函数如标号2所示；
c. main函数一般为死循环，当其收到某一中断请求之后STM32会强制把PC指针指向中断向量表，如标号3所示；
d. 查询中断向量表，根据中断源来跳转到相应的中断服务程序中执行响应的操作；如标号4、5所示；
) W& t4 z0 T* }- e6 ^/ U6 y/ ze. 执行完中断服务程序之后会再回到main函数中，如标号6所示。
以上是STM32的正常运行过程，而当加入IAP程序之后，运行流程就如下所示：
" p, K$ A" v7 E) v
% b& s# @+ K7 b+ g9 `$ _6 Y1 h
" u3 ?; y& I0 R2 ?6 M/ v
加入IAP后程序运行如下：
a. STM32复位之后还是从0x8000004处获取中断向量表的地址，并跳转执行复位中断服务程序，如标号1所示；
b. 执行完复位中断服务程序之后回调转到IAP的main函数中，如标号2所示；
2 L1 r) Y4 _5 {& P4 kc. IAP的过程就是通过某种选定的通信方式（如串口）来接收程序文件，并且存储在指定的FLASH空间里，随后会加载新的程序，而新程序        
的复位中断向量起始地址为0X08000004+N+M，取出新程序的复位中断向量的地址，并跳转执行新程序的复位中断服务程序，随后跳转
; y/ T+ E3 Y1 C至新程序的 main 函数，如标号3、4所示；
' V; ^- s1 V7 m8 C9 Gd. 此时在STM32的FLASH里面会有两个中断向量表，在新程序 main 函数执行的过程中，当中断来临时PC指针仍会回跳转至地址为
0x8000004 中断向量表处，而并不是新程序的中断向量表，这是由STM32的硬件机制决定的，如标号5所示；
7 j1 N3 L  G1 [! M# ~. W* Pe. 查询中断向量表，根据中断源来跳转到新的中断服务程序中执行响应的操作，如标号6所示；
# G/ e2 [9 c4 g( s3 p' M- Of. 执行完中断服务程序之后会再回到main函数中，如标号7、8所示。
note:
4 C" @* q( v: \由上可知新的程序在FLASH中必须放在IAP程序之后的某个地址里，这里我的程序中设置的是0x08010000 即偏移量为0x10000，而且新程序
  g% B9 z4 C2 J2 |) \的中断向量表也要做相应的偏移，偏移量也为0x10000 （地址的设置可以通过编译软件来实现，下文会有介绍）。

5. BootLoader程序的编写
+ m+ ?9 ~! y4 z# r7 T& J# {   BootLoader程序主要的功能是接收新的程序并把它存储在FLASH的特定位置，然后加载新的程序运行。单片机每次上电都会先读取一个
0 z% A5 d9 H9 ?9 ]8 J6 m  B" {9 p标志位，根据此标志位来决定是运行APP程序还是来运行自己来升级。
flag = STMFLASH_ReadHalfWord(FLASH_ADDR_UPDATE_FLAG); （FLASH_ADDR_UPDATE_FLAG 是0x08030000的地址）
; ]- p2 h  K. X/ _9 k& r当flag = FLAG_TO_APP 则加载App程序，否则执行升级程序。
在我的程序中通过串口来完成程序bin文件的传输,为了通信安全制定通信协议，串口接收分为两种：
8 g% u% _4 \" X% a; ja. 指令的接收，长度为16个字节，协议示例为
test[16] = {55, aa, 01, 指令长度，命令码，00,00，...00, 和校验位}
和校验位 = 0 - 前15字节的和，
8 Q8 D3 W+ e7 v: g( d7 A6 r$ xb. 程序文件的接收，每包数据为(2048 + 6)个字节，示例为：
test[2054] = {55, aa, 01, 包号，命令码，数据文件2048字节，和校验位}
) p- w! y' b* A; P- S       之所以设置以上的通信协议就是为了保证数据传输的正确性。
( l+ ]! [0 Q( E. g
, V) y+ S$ t6 @, nBoot程序的主函数
: U) C, \6 i8 N/ f$ hBoot程序的main函数里主要是读取标志位flag根据flag的值来决定是加载现有的App程序还是运行自身的升级程序，在自身运行时会定时给上位机软件发送BOOT准备完成的指令，告诉上位机我准备好了，并运行ReceiveUsartData();根据串口中断里的标志信息来完成对指令和程序文件的接收。

1. int main(void)
   9 u; T+ a; q: g2 j+ W. j
2. {
   
3.   int flag = 3;
   9 @! h2 `$ h! D- ?% _$ q' s5 m
4.   int nCount = 0;
   
5.   delay_init();  
   , @" C: T$ r8 y1 P5 d/ p! K
6.   uart_init(115200);
   
7.   LED_Init();
   5 V4 n2 }4 A: g2 u5 G4 b
8.   TIM3_Init(99, 719);  //10ms定时
   
9.   flag = STMFLASH_ReadHalfWord(FLASH_ADDR_UPDATE_FLAG);  //读取标志位
   
10.   while(1)
    1 O6 q3 [5 C; Q) Z3 r, a# n
11.   {        
    3 I( m0 o7 ~- Z5 E, q; y
12.     //FLASH_EraseAllPages();  //仅在擦除所有FLASH时打开
    
13.     if(flag == FLAG_TO_APP)
    / \2 m8 Y7 k; x5 j/ g( X7 E% l
14.     {
    " L0 G9 a7 [! e1 `- {& a! q
15.         Iap_Load_App(FLASH_ADDR_APP);
    
16.     }        
    
17.     else
    6 S4 m+ N% k( F! h5 ~8 {- ~' v
18.     {      
    3 }* p: I8 L- p) r5 A" }+ @
19.         ReceiveUsartData();   //串口接收
    
20.         if(Flag10MS == 1)  
    
21.         {         
    % x: B9 ^2 I- w) p
22.             Flag10MS = 0;
      o" E0 K/ M) O3 d. ?: G
23.             nCount++;
    
24.             if(nCount == 10)  //100ms
    6 ?6 i" E: W% }4 O( e2 Q3 v& [" j
25.             {
    
26.                 nCount = 0;
    4 w( c% P% _! Z9 H
27.                 USARTxSendRespondToServer(USART1, SERIAL_CODE_STM32_UPDATE_PREPAR_BOOT_OK); //不能发送过快否则会有脏数据
    
28.                 LED0 = !LED0;
    # X8 T3 }7 y2 ]
29.             }                           
    
30.         }
    1 Y0 x) Z( _! \  J/ n
31.     }
    
32.   }   
    0 A+ L6 i# `! G. Y  D4 m1 ^! o" R
33. }

复制代码

) c) V& X8 l$ v9 L# b串口初始化程序
  使用STM32的USART1，设置波特率为115200、8位数据长度、1个停止位、无校验位，        
  具体实现见源码的uart_init()函数。

( O5 h% l# q: [% ~5 E串口中断服务程序 void USART1_IRQHandler(void)
在串口中断服务程序中主要是接收上位机升级软件发过来的数据，当UpdateFlag置1时为接收bin程序文件的数据，当UsartRxCodeCount        
! }6 Q4 c) \* p0 q5 J; x  的计数等于每包传输的总字节数USART_RECEIVE_CODE_DATA_SIZE时，置接收完成标志位UsartReceiveFlag = 1并且置NextPageFlag = 1
  跳出中断去ReceiveUsartData()处理,把接收到的数据存储在FLASH的指定位置，不断循环直到文件全部接收完成。升级指令的接收方法
) U) l8 d- T( i! U2 s+ y  U' n  相同，详见代码。
9 `/ i+ d7 x$ p. g: N  （note：在中断服务函数里，尽量不要做其他的操作，只设定标志位，具体的操作去外面的函数执行。）

重新加载代码的程序
为了实现Boot和App程序之间跳转，则必须在升级完成之后重新加载新的程序文件,其中涉及到在C语言里内嵌汇编语言，代码如下：

1. void MSR_MSP(u32 addr)
   3 C  q9 K' \+ u+ O' u  K
2. {
   
3.     //asm("MSR MSP, r0");  //使用Keil内嵌汇编时使用这两句
   # V3 A3 Q; x, n2 ?! E! e9 B2 ?! [
4.     //asm("BX r14");
   + s, y3 f7 v8 q0 u
5.   __ASM("msr msp, r0");  //set Main Stack value 将主堆栈地址保存到MSP寄存器(R13)中
   4 ?$ \  @* n# g1 R
6.   __ASM("bx lr"); //跳转到lr中存放的地址处。bx是强制跳转指令 lr是连接寄存器，是STM32单片机的R14
   
7. }
   ) y4 m5 D3 {5 L5 t( H* l
8. 
   
9. 
   8 G5 Z- `  ?: Y% J" B, c) y
10. typedef  void (*IapFun)(void);                                //定义一个函数类型的参数
    
11. IapFun JumpToApp;
    
12. 
    & d. b* _6 w3 d, b* w- P
13. 
    % Q  j6 B  e# ?/ }
14. //跳转到应用程序 AppAddr:用户代码起始地址.
    ' o/ y. D  X6 E  P
15. void Iap_Load_App(u32 AppAddr)
    
16. {
      J. T  \5 U5 f2 ]- b+ X3 L
17.         if(((*(vu32*)AppAddr)&0x2FFE0000)==0x20000000)        //检查栈顶地址是否合法.
    
18.         {
    
19.                 JumpToApp = (IapFun)*(vu32*)(AppAddr+4); //用户代码区第二个字为程序开始地址(新程序复位地址)               
    
20.                 MSR_MSP(*(vu32*)AppAddr);                 //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)
    4 ?7 o# F* i! ]# B- L' e' Z# j$ b
21.                 JumpToApp();        //设置PC指针为新程序复位中断函数的地址，往下执行
    
22.         }
    & V8 b" T2 N! `4 a/ f9 J+ n
23. }

复制代码

& h5 D2 I' c6 [首先 if(((*(vu32*)AppAddr)&0x2FFE0000)==0x20000000) 的作用是检查栈顶地址是否合法，(*(vu32*)AppAddr)是去除用户程序首地
址里面的数据，而这个数据就是用户代码的堆栈地址，而堆栈地址指向RAM，RAM的起始地址是0x20000000，因此可以用上免得语句判断用
! `! }! t( @/ T0 k' Z户的堆栈地址是否合法。
1 Y( O. K" I1 j: J( q当判断栈顶地址合法之后取出新的复位中断函数的地址即(vu32*)(AppAddr+4)，并把它赋值给函数指针JumpToApp，然后调用
2 I1 q* |( b3 `1 U- m6 HMSR_MSP()函数把主堆栈指针赋值给MSP寄存器，最后调用JumpToApp();来执行新的程序。
   （这里涉及到函数指针的知识，一定要理解函数名本身就是该函数的入口地址，它的实质是一个地址。）
( l  V9 d' [% Q1 U, V4 D9 W# e上面涉及到嵌入汇编的知识，可能讲解不是很透彻感兴趣的朋友可以参考《Cortex-M3 权威指南》获取更多的了解。
' ~4 G- I' j) X- U% C5 @8 {. b
. ~6 I! |9 E; a" J% |3 W. u* a
; Z, I' r4 ^: w! T. V3 v" Y* V中断向量表的设置和起始地址的设置（IAR软件）
  在IAR软件中设置程序的中断向量表和程序的入口地址的方法如下：
) b& w* r* [& O4 h* S1. 打开工程，在工程名STM32_BOOT_v1.0上右键--Options

/ A- {8 A" U; ~
3 g* [; h* s. M0 e! ]. {

& g& u' Z5 l$ H2. 选择Linker--Edit.
% [( }/ H5 R% n



' h" T! }$ c5 W" \% p: q3 M" ^" E3. 设置中断向量表的地址Vector Table 和 Memory Regions的值

( X' }1 w1 W3 C& P' S0 `
8 ]5 R: D0 R' H# c2 A0 g


; q' h8 `# U9 d; U5 {! o5 N6. App程序的编写
# Y1 F0 o2 d' s# Y/ g4 ^' }+ rApp程序相对简单，它主要包含两部分，一是程序要实现的主体功能(比如点亮LED)，主要是你想让App做什么就实现什么；二是通过串口来查询升级指令，当收到升级的命令后要在FLASH_ADDR_UPDATE_FLAG 的地址处写入FLAG_TO_BOOT的标志位，并且调用Iap_Load_App()l加载运行BootLoader的程序来完成升级，详细请看源码。
$ M6 F, B, \* {; Z  J2 \对于App程序的要设置其中断向量表的偏移通过语句 SCB->VTOR = FLASH_BASE | FLASH_VTOR_OFFSET;来实现，FLASH_VTOR_OFFSET这个变量在程序中是 #define FLASH_VTOR_OFFSET  ((uint32_t)0x10000) 因为我们的App程序存储地址是0x08010000相对于0x08000000来说偏移量即为0x10000，而且在程序编译时要设置Vector Table 和 Memory Regions的值为0x08010000
& @4 y8 l  f3 |0 ^: O5 o  X7 D9 K

/ w. \3 j% P/ ~
( {7 T: p3 e8 b

1 a, ]; q' [' O6 N

7. bin文件的转换
升级程序时编译出的程序文件最好选用bin格式的文件，因为bin文件比hex文件要小的多从而占用的FLASH更小，这是比较主观的优点，使用IAR软件编译时可以通过对软件的设置来输出bin格式的可执行文件，设置如下：
a. 打开工程的Options选项卡选择选择Output Converter
' K, G; u3 t# ?& v( [# v7 H
0 |' z# y+ i" {

+ v# s& q' J; m2 S4 v  O( l# b
    b. 在Output format选项中选择 binary格式，同时把Override default输出文件的后缀改为.bin，这样在相应的工程目录下(我的是
       STM32_App\Project\EWARM5\Debug\Exe) 路径下就可以找到编译输出的bin格式的可执行文件了。
! G# N& y* a7 M4 l# r; q
! u+ L  |/ S* P8. 上位机升级软件的简介
   我的上位机升级软件是使用C++写的，具体编码不做介绍了，想了解的朋友可以参考源码。对话框界面如下：
8 o& ^" G2 g9 s* X4 K

! x* ~8 u4 U6 j/ R; L% O
# ]% X5 q, J& j" J首先设置端口号和波特率，然后连接串口，连接成功之后，点击“选择要升级的文件”来实现升级。



升级完成之后会提示“升级完成”。

- N! C& t- Z7 I! ^9 S- G
) d) O" t1 {" ~: Q4 {8 }0 g3 i* n( s
     到此我的IAP实现介绍完成，如果大家有什么问题或者我的程序中大家发现了什么bug可以提出来一起探讨,希望以上内容会对大家学习STM32有所帮助。
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版权声明：被大佬糊弄的只会点灯的小菜鸡
) b. h* }& U: n! T' S9 }: W7 _. a如有侵权请联系删除

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