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

  r4 q( s" g( J: i  ~" W. ]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.

- O: J9 P$ v% |. D( n, k) p

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

& p; Z) x9 b( ^( L' g( A

接下来就可以进入正题了.

) b! K' Q$ ?; H# j' C6 {

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
  
  

8 B( n1 X( `" o. `9 _4 ?: b
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:
  
  

6 e) d: r# e- D8 p" Z' s: X  ^
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

& s- P% N. i' x: ~* `' F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 */
   
2. 2__asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
   
3. 3{
   
4. 4    MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值
   
5. 5    BX r14
   
6. 6}
   ' s$ x# V2 z+ q9 R( \" N
7. 7
   1 h0 U: C* `4 b" V5 J9 w
8. 8
   
9. 9/* 程序跳转函数 */
   
10. 10typedef void (*Jump_Fun)(void);
    . T7 ]5 C2 S5 _- H1 Q; U7 k
11. 11void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
    
12. 12{
    ' q0 b# n9 _* T
13. 13  Jump_Fun JumpToApp;
    ( E1 X9 b7 F: f5 E/ v2 c0 b
14. 14
    2 d/ \0 d8 a' J  K3 C: [
15. 15  if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 )  //检查栈顶地址是否合法.
    3 }. }9 U, o0 w; X" o
16. 16  {
    / o- u: L. F$ k3 [3 A3 `* G  d
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)
    : g: t1 R' |: g; W  B. q
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

' B& m; o4 F% A9 P; T' |9 q

• 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：
  
  ! F, f7 P0 g# w3 M3 H& I

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
  
  ; r2 ^# N4 }4 X  K2 u

. `0 S2 @7 v; @- M' y6 [$ Z, 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
• 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- m" B) U  r/ ?$ Q+ a! |  Z: [3 C

$ ^5 f) E( c" }( z

• 打印版本信息以及跳转指令
  4 H4 D5 m: a' z% Y0 C( t( f* F

8 a6 u8 n1 [+ S" Z" [% h

• YModem相关的文件接收部分
  

1. 1/**
   
2. 2 * @bieaf YModem升级
   % r3 w8 ?- h4 w
3. 3 *
   
4. 4 * @param none
   
5. 5 * @return none
   
6. 6 */
   
7. 7void ymodem_fun(void)
   : `% d3 Q2 F+ Z) ?9 l4 S
8. 8{
   
9. 9    int i;
   
10. 10    if(Get_state()==TO_START)
    7 `7 j! p8 }# `+ U, C5 ]* |( p/ O
11. 11    {
    
12. 12        send_command(CCC);
    : m+ F5 e( t8 V3 B4 O
13. 13        HAL_Delay(1000);
    
14. 14    }
    
15. 15    if(Rx_Flag)     // Receive flag
    # r: q' D" l8 ^: a! i# `
16. 16    {
    ( W/ W% L$ y; U. E: C
17. 17        Rx_Flag=0;  // clean flag
    1 w7 H; o' c; A
18. 18
    
19. 19        /* 拷贝 */
    
20. 20        temp_len = Rx_Len;
    
21. 21        for(i = 0; i < temp_len; i++)
    1 k; K6 H9 [( j$ s
22. 22        {
    $ Y' ^7 y" `. Q2 l+ P$ a8 [( o
23. 23            temp_buf[i] = Rx_Buf[i];
    
24. 24        }
    
25. 25
    
26. 26        switch(temp_buf[0])
    1 _* R, [/ j. a5 x& [, B
27. 27        {
    $ K: J+ t. u0 h5 U- J' l
28. 28            case SOH:///<数据包开始
    
29. 29            {
    2 v' Z% V/ t5 h  U
30. 30                static unsigned char data_state = 0;
    
31. 31                static unsigned int app2_size = 0;
    * a- Q3 W( N+ b: G1 b! k9 o2 L
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
    ! G$ p5 y7 W. o8 m
35. 35                    {
    ( r6 a- n  ~' [% A
36. 36                        printf("> Receive start...\r\n");
    
37. 37
    
38. 38                        Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
    ( h3 S1 \3 R3 c$ _% I* @8 @" {9 n
39. 39                        data_state = 0x01;                     
    5 s- K( @1 m$ g8 J, J, V, O
40. 40                        send_command(ACK);
    : H0 T% ~, k, n+ O# U
41. 41                        send_command(CCC);
    % K) S3 j# a# C; ]1 ?  v" D
42. 42
    : V  k6 o+ R  u8 x- W
43. 43                        /* 擦除App2 */                           
    
44. 44                        Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    7 L1 \) X; D3 A
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
    % \$ H$ c& b% m4 U
47. 47                    {
    & A! i/ S: R  k1 S: {# b8 }  z3 U
48. 48                        printf("> Receive end...\r\n");
    8 y& v% I7 A6 Z
49. 49
    $ j. p) E  P8 ]+ `. A
50. 50                        Set_Update_Down();                     
    & n9 p$ s  n- I! I: t
51. 51                        Set_state(TO_START);
    
52. 52                        send_command(ACK);
    
53. 53                        HAL_NVIC_SystemReset();
    9 F& `/ a2 n- O- N
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                    {
    " k4 L% t( ]2 R7 S
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);
    ! B) y$ o8 N  k5 _6 R/ q7 I
61. 61                        data_state++;
    
62. 62
    
63. 63                        send_command(ACK);      
    
64. 64                    }
    
65. 65                }
    
66. 66                else
    3 Q5 S% W& Z" v  \
67. 67                {
    
68. 68                    printf("> Notpass crc\r\n");
    $ `( _7 O! i9 G2 E; Y" c% b' F
69. 69                }
    ) |; f3 ^. B6 L9 v+ @
70. 70
      i( [3 z( S' V2 ]: x
71. 71            }break;
    
72. 72            case EOT://数据包开始
    9 l2 U! A/ j( O' b: Y8 y. Q
73. 73            {
    : |  a5 m4 X, s; B8 ^
74. 74                if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    % V2 h: M# E& F. f
75. 75                {
    / \6 d2 \, \. a  n$ t. c8 Q) e
76. 76                    printf("> Receive EOT1...\r\n");
    
77. 77
    ; K  D5 i+ L# J1 h. U6 u
78. 78                    Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                 
    
79. 79                    send_command(NACK);
    
80. 80                }
    7 P8 i  g$ V2 D# E' J9 t* s& I3 _
81. 81                else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    & F5 }) _( }, ~2 S% c0 Y" l# y2 ?
82. 82                {
    % l0 E/ N2 e4 h) y
83. 83                    printf("> Receive EOT2...\r\n");
    ) t" K% p1 E- i! R7 Z/ _( v
84. 84
    ! t- O' J" Q# l
85. 85                    Set_state(TO_RECEIVE_END);                  
    8 f1 ^6 H; V# B1 Y% `6 e
86. 86                    send_command(ACK);
    
87. 87                    send_command(CCC);
    
88. 88                }
    
89. 89                else
    
90. 90                {
    % }0 j7 M( {0 @* \  y4 v: ~1 P) p
91. 91                    printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    
92. 92                }
    
93. 93            }break;
    
94. 94        }
    4 G0 z% ]6 n: O+ T' l7 m( R
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.
  ' G" C2 t4 D5 M2 N. e$ q

+ }8 X  _# s  W& C# s: K2 s3 y  @2 U
8 Q# ^, l% g% Y4 ]- x9 u# e6 i7 M4. 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。
7 b+ ^% c; c- V/ ]$ s

源代码
2 W/ k! u7 E$ D3 u& _! S7 C! vBootLoader源代码和App1源代码可以在原作者的gitee获取：

• 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)
    a5 l4 K4 x$ b! I) ]. o; \

• 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
  , i. B6 c2 W% \, N. m5 v" O- L

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
  

' U+ r* F) [  H

; X# V' f; M  i& c/ A* Y) s! y

• 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
  # g* f2 Z  {, B7 M/ D. T

3 D2 r4 q! x' z

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
  7 d$ N: N  Z7 F% [* \

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
  5 Q* r2 S  P) k2 j

" s0 |; _4 m1 t5 M1 n

3 o) I; R: w0 x. U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!
  6 ?9 b0 c! y9 \1 U

% z* e* Z& K3 O# N. |
8 z, C: G+ e* T, Z/ w: u5. 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。
+ @8 _" x2 C2 b+ [
8 Q* q; S: Y# x0 {+ j0 w

3 U5 Z2 |5 L) [1 p转载自： ARM与嵌入式
5 L! ~2 A4 n7 l8 g+ U如有侵权请联系删除



& c: T2 I! X# c% _