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
, M; V9 ?: q, g; }; Z
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.

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

) U6 k% Z( J! |! s% c: y( I

$ z/ D/ x  k8 O- Z. K! {2 e

接下来就可以进入正题了.

4 f; y. H; R7 B# n% _/ l! W

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
  
  ; B8 @& _) `0 C& ]

' [6 Q& ~) _. ~' d* m, ~5 c: j4 }; V
0 e3 L/ H, s$ I, b) m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:
  
  

. P/ L% F. c/ }1 s! \8 J1 |+ y2 W2. 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

" @, L; j9 e, u: X" O. |2 U

6 _* f  g6 m. A" r  F2 s3 j: {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{
   $ {+ Q/ C+ Z& j" x" m# ^
4. 4    MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值
   & `7 X  a) c5 J1 r5 \' S
5. 5    BX r14
   
6. 6}
   
7. 7
   
8. 8
   0 E; h1 m2 ]2 S; J5 O. K
9. 9/* 程序跳转函数 */
   : w  O6 I2 m9 A) j2 x
10. 10typedef void (*Jump_Fun)(void);
    
11. 11void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
    : q+ V7 e, N% k* ]+ P8 N
12. 12{
    + V" C1 u/ _3 X% O) g# u6 |7 W
13. 13  Jump_Fun JumpToApp;
    4 A" m. C, _2 E- ~! j; X
14. 14
    
15. 15  if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 )  //检查栈顶地址是否合法.
    
16. 16  {
    
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)
    
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)
    ! u: n9 ?2 ^# c5 p0 V' E
19. 19    JumpToApp();                                                //跳转到APP.
    , z$ |3 @& S; e
20. 20  }
    + \5 a: ]7 o5 S8 ?9 l8 `
21. 21}

复制代码

/ U7 u. O+ y, ]$ g- [) u
: ]$ y) i0 l$ m

• 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
  
  5 H. {2 e1 y  O* G! K* }

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：
  
  

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
  
  % ~# s& k/ Z4 C& b

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
  
  9 M" |, x6 g% h5 A  j1 v% A

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
  3 R5 G; m0 H% K) I& K

# r+ b2 v4 Z% l1 D

• 打印版本信息以及跳转指令
  

# d/ c: Q7 C& Q; C/ G7 W

• YModem相关的文件接收部分
  ! H$ F2 R  B2 w- I, z( f

1. 1/**
   , z# [  w) z. K$ O3 S( w
2. 2 * @bieaf YModem升级
   7 Q" {- S% p) W! K6 W
3. 3 *
   6 E  w$ p- _7 q: I+ \/ `
4. 4 * @param none
   
5. 5 * @return none
   
6. 6 */
   - r. V1 _6 X0 z1 ^5 ]8 S. e
7. 7void ymodem_fun(void)
   
8. 8{
   8 W, e& R- j* h1 _
9. 9    int i;
   " {6 F7 ]9 O. D" b9 ~3 e
10. 10    if(Get_state()==TO_START)
    
11. 11    {
    1 w: |9 s' o! E1 K# Q: ]+ j
12. 12        send_command(CCC);
    
13. 13        HAL_Delay(1000);
    : e" _: ^4 f  g5 G% u" R
14. 14    }
    ) ~7 e. Y% P4 h2 p& F2 z# o  M
15. 15    if(Rx_Flag)     // Receive flag
    3 ]6 [# O) A& U* Q  N- ~1 F! Z
16. 16    {
    ; q1 p$ t  M& ^+ |, {" f; S0 f
17. 17        Rx_Flag=0;  // clean flag
    * H8 N# g! g: w: h
18. 18
    - P( P6 j  f( ]
19. 19        /* 拷贝 */
    3 F5 n* f+ ]( Q
20. 20        temp_len = Rx_Len;
    3 S5 T; C  c# A3 L
21. 21        for(i = 0; i < temp_len; i++)
    5 Q1 p0 H9 I6 t6 F
22. 22        {
    
23. 23            temp_buf[i] = Rx_Buf[i];
    
24. 24        }
    % h7 I7 u, v7 _- D2 ]9 f
25. 25
    4 I1 i2 C  N  ^$ a) u( _$ Q
26. 26        switch(temp_buf[0])
    ( w. [3 @1 ~9 s
27. 27        {
    ) L4 e6 |8 p& ?& ?" }5 }
28. 28            case SOH:///<数据包开始
    
29. 29            {
    
30. 30                static unsigned char data_state = 0;
    
31. 31                static unsigned int app2_size = 0;
    / w4 ~3 z1 z. k; h$ ^6 T
32. 32                if(Check_CRC(temp_buf, temp_len)==1)///< 通过CRC16校验
    
33. 33                {                  
    + P8 ~2 A) N# q9 k7 r( D. ^
34. 34                    if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始
    
35. 35                    {
    + L( q2 U2 n# j( F2 _$ G, L! d
36. 36                        printf("> Receive start...\r\n");
    5 K& U) o0 t. O: J  [
37. 37
    $ |1 @/ W0 B, s; k# Q' a+ v1 O* Q1 v9 g
38. 38                        Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
      b3 B" [7 X, ]! ^
39. 39                        data_state = 0x01;                     
    9 o+ x! g8 M- D6 {* X
40. 40                        send_command(ACK);
    
41. 41                        send_command(CCC);
    
42. 42
    
43. 43                        /* 擦除App2 */                           
    # W5 V6 l1 _$ m# y# g
44. 44                        Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    : c& E% }7 W5 z2 q4 v8 V
45. 45                    }
    6 P6 U  B& C& f$ V
46. 46                    else if((Get_state()==TO_RECEIVE_END)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 结束
    & x2 J- M1 U5 E! O
47. 47                    {
    
48. 48                        printf("> Receive end...\r\n");
    8 m3 w" C0 r. F+ @% V
49. 49
    . @! w% d2 r6 l# C, _. {
50. 50                        Set_Update_Down();                     
    
51. 51                        Set_state(TO_START);
    : N0 ]4 w0 q7 J6 H# `
52. 52                        send_command(ACK);
    " N( ?2 X% \  p9 |
53. 53                        HAL_NVIC_SystemReset();
    " G$ p; A, b% |- b% C' g: A8 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                    {
    
57. 57                        printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    7 u) v& K( k6 U+ P/ H3 E, ~9 m* {- O
58. 58
    
59. 59                        /* 烧录程序 */
    
60. 60                        WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
    : l9 s" u3 _# M# @6 c% I4 O) X* e
61. 61                        data_state++;
    
62. 62
    
63. 63                        send_command(ACK);      
    
64. 64                    }
    
65. 65                }
    
66. 66                else
    ' ]5 u( g" f6 y  k& U2 ]
67. 67                {
    6 o2 g3 ]. ?4 q$ H" `2 D$ T" l; |+ ?( Y. w
68. 68                    printf("> Notpass crc\r\n");
    3 U0 s" ?( K5 g$ Q# ~2 M, V( B
69. 69                }
    # @2 j9 e) m1 C3 \5 Q8 I: |
70. 70
    
71. 71            }break;
    . ~; G9 ~% U% v
72. 72            case EOT://数据包开始
    8 [# {: [& \% ?5 w. n; S
73. 73            {
    
74. 74                if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    
75. 75                {
    
76. 76                    printf("> Receive EOT1...\r\n");
    5 d$ k5 U/ |$ {: k
77. 77
    / ]8 ~) T; R+ l0 a0 f1 {# I2 I
78. 78                    Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                 
    $ }+ }0 q6 f& u; a6 M9 Y! w
79. 79                    send_command(NACK);
    
80. 80                }
    ; Q* z% Q5 Z# T  L
81. 81                else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    
82. 82                {
    ( Y: h' h  j$ u  |8 o! g
83. 83                    printf("> Receive EOT2...\r\n");
    4 m$ P0 E( V" j* _- @0 \  q/ F5 Y, v* x
84. 84
    
85. 85                    Set_state(TO_RECEIVE_END);                  
    
86. 86                    send_command(ACK);
    # e8 e) Z; L( j. g4 |3 S3 F
87. 87                    send_command(CCC);
    
88. 88                }
    
89. 89                else
    
90. 90                {
    
91. 91                    printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    5 S8 l2 w% {% Q0 R
92. 92                }
    
93. 93            }break;
      e; A7 [1 v/ P. |
94. 94        }
    
95. 95    }
    - X3 b- M4 c* S- w% O5 b
96. 96}

复制代码

/ l" l: n* X; m* Z, L

• 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.
  

) I8 t: U- E  {3 X  p- m9 x2 a  S
& m1 M6 M& ]% x# g/ C' r+ K4. 整体测试
: j8 x0 X& V% k. `1 f本节主要对前三节的教程做测试验证 BootLoader + App的升级功能。

! A9 |) N  [) x( @
  ]; f0 ~* Z5 e1 A6 `4 Q源代码
BootLoader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」。
  ; s( ]; ^5 S% k5 _# P

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)
  # K& v1 m6 e1 }5 Y6 Y) t

• 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
  

' \4 U: e7 j& F& q* f$ g3 \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
  

• 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
  

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
  

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!
  

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。



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6 L) k! q$ g1 g: j; n' r  m7 E
' |+ u7 T. i. j% |, S1 Y