一、串口IAP简介
: {$ m' \- {* P1.1 什么是IAP
0 k  P# K  s! O- a: y6 _+ mIAP，英文全称In Application Programming，在应用中编程。很好理解，就是在程序运行过程中我们进行程序的烧写，或者叫升级。

9 s. k- Q/ }$ a$ X1.2 STM32下载程序
我们都知道，STM32可以利用串口下载程序，这是因为ST公司在产线上就在产品中内嵌了自举程序。所谓的自举程序，实际就是支持我们通过串口下载程序的代码。自举程序被存放在系统存储区，因此如果我们需要通过串口下载程序，需要将Boot0接高电平，Boot1接低电平，让程序从系统存储器开始运行，运行自举程序。下载完成后我们再将Boot0接地，让程序从主闪存存储器开始运行。自举程序是我们用户无法修改的。

7 L* Z8 v9 ^. v6 ]  n& Q0 Y
二、串口IAP有什么作用
" D1 N# |  _* N+ L. v上面我们介绍了什么是IAP，那么这个IAP到底有什么作用呢？
, `7 V  w# V" J: @5 q4 W5 Y. E, y
. G5 [& w9 [6 @7 F首先介绍两个词——Bootloader和Application。Bootloader实际就是一段引导程序，单片机上电后先执行Bootloader程序，然后再执行用户编写的应用程序Application。介绍完这两个词，我们来介绍一下IAP有什么作用。比如我们生产了A，B两款产品。A产品是某个精密器件的一部分，B产品是一款物联网产品。我们的产品销售范围很广，远销海外。
" v$ q+ J: V. K  \' J" |1 |( x
0 R$ h) G  X7 n/ u- I8 u3 N7 j3 Y% g某天A产品的某个客户反映了一个Bug，我们编写好了程序，需要进行程序更新，或者叫升级。利用IAP，我们可以在程序运行时，通过预留的通信接口直接烧写程序。而不需要再把整个设备拆开，像我们调试时那样下载程序。甚至我们可以直接给客户邮寄一个小设备，客户直接进行傻瓜式升级。
6 \1 n% s2 `- f/ j' j
2 h# X1 S3 u3 V' ]又过了一段时间，B产品的程序出现了一个Bug，风险等级比较低，但是依旧需要全体升级程序。我们总不能挨个产品派人去升级，成本极大。这时候又轮到我们的IAP出场了。它可以在所有设备在线运行的情况下，直接通过网络下发升级程序，实现在线升级，节约了大量的人力成本。

通过上面这两个例子，大家应该能够基本了解IAP的用处，使用IAP让我们不需要再使用调试器进行下载，甚至实现设备的在线升级。
, O& u+ J7 Y6 f2 ~7 |/ E

三、启动流程
在介绍如何实现IAP之前，我们先来简单了解以下STM32的启动流程。

3.1 正常启动流程
这里的正常启动流程指的是，没有添加IAP的流程。

- x5 s  B0 H: ?6 M" @

: R& R  Z& v+ c; Y( ~

正常启动流程

' y" {. C- E- Y0 N/ i' L+ t8 O! s程序启动时首先开辟栈空间，配置栈顶指针。然后配置堆空间。配置完成后，建立中断向量表，在中断向量表中找到复位中断，开始执行复位中断服务函数，然后跳转到main函数中，执行用户代码。当用户代码中有中断请求时，会回到中断向量表，根据中断源执行相应的中断服务函数。
: J* J/ d/ B8 {" [- ]/ i3 C
' q( ]/ g  w% v4 B3.2 加入IAP后的启动流程
: k; [& C$ E5 _4 e. V下面是加入IAP之后的启动流程。
0 S( N8 r6 ^% T( |

4 r/ t+ ~) t, y7 I9 E8 P5 H7 ?

加入IAP启动流程

6 y! B7 o1 u- ]# `

可以看到，与上面不同的是，加入IAP后，执行完复位中断服务函数后直接进入IAP的main函数。在执行完IAP之后，跳转至新写入程序的复位向量表，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，随后跳转至新程序的main 函数。
1 A, [; Z: {: s: ?+ y; S) N# J
由上面的两个启动过程我们可以看出
• 新程序必须在 IAP 程序之后的某个偏移量为 x 的地址开始。
• 必须将新程序的中断向量表相应的移动，移动的偏移量为 x。

4 P! ^+ M6 v7 w" X3 w& P
四、必备知识
44.1 修改程序运行起始地址
  V) y9 C5 I, X9 b$ u+ Z3 a点击魔术棒，选择“Target”，修改运行起始地址和代码大小。

修改App运行起始地址

4.2 设置中断向量表偏移
% g- A" @+ ~5 k3 n# _7 m, v5 oVTOR 寄存器存放的是中断向量表的起始地址。如果要设置中断向量表偏移，只需要在main函数最开始添加如下语句即可

1. SCB->VTOR = FLASH BASE | 偏移量:

复制代码

( w$ v8 g8 e( b' u4.3 生成.bin文件
! {3 _" }, H- x点击魔术棒，选择“User”，按照如下配置，输入下面的内容

1. fromelf --bin -o "$L@L.bin" "#L"

复制代码

. I" E9 ^# p& s8 z- R

生成.bin文件配置

4 N: w" Q+ S% Y  r7 Z9 c

点击编译，不报错就可以，去设置的输出文件夹中就可以找到对应的.bin文件。

2 H( O& h/ f5 W7 @4 Y" D/ @

编译提示

2 |9 z$ F% S5 A& q6 Y1 e, c五、串口IAP实现
' ]) F2 \! U, O1 `# n+ E% i本次的目标是实现一个串口IAP，也就是编写Bootloader，在程序运行过程中实现程序的下载。Bootloader程序应该可以通过串口接收上位机发来的.bin文件（App程序），检查后将.bin文件写入到Flash特定位置，然后跳转到App程序运行。
6 g7 {( P5 w6 H# T2 M3 f
5.1 串口中断服务函数
本次的串口中断服务函数与之前不同，这里单独贴出来。需要定义一个接收数组，接收数组的起始地址限制为0X20001000。接收数组最多可以接收55K字节，可以根据需要调整。但是需要注意的是，数组的大小需要比App程序要大，而且不能超过芯片的SRAM空间大小。
4 z9 S( ]- M' h; P" j* m8 u

1. /*
   4 g/ c( h; i5 t; t* @% N
2. *==============================================================================
   
3. *函数名称：USART1_IRQHandler
   2 N' D0 j0 e" j* X$ @
4. *函数功能：USART1中断服务函数
   2 Y# K4 |: @! W1 U3 f
5. *输入参数：无
     _0 [3 f! J8 E
6. *返回值：无
   9 [) c& f3 e9 q6 q0 X
7. *备  注：无
   
8. *==============================================================================
   
9. */
   0 U- u/ W$ g+ q1 H, J8 H/ B* l
10. u32 gReceCount = 0;   // 接收计数变量
    
11. // 接收数组
    
12. // 限制起始地址为0X20001000
    3 b: `8 v% R& K5 j1 M. `9 T0 F2 v
13. // 保证偏移量为 0X200的倍数
    
14. // 是为了给App留SRAM空间
    8 ^; x& ?5 R" O% m# S  J
15. u8 gReceFifo[USART_RECE_MAX_LEN]__attribute__ ((at(0X20001000)));
    
16. 
    
17. void USART1_IRQHandler(void)  
    
18. {
    ! n8 t; |/ g6 V! \
19.     if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)   //接收到一个字节  
    
20.     {
    
21.         if (gReceCount < USART_RECE_MAX_LEN)
    
22.         {
    
23.             gReceFifo[gReceCount++] = USART1->DR;
    
24.         }
    
25.         else
    
26.         {
    
27.             printf ("APP code out of memory!\r\n");
    % `0 ?+ P, u, p5 Y  [
28.         }
    
29.     }
    
30. }

复制代码

! |# D' X+ C0 I$ X- N( I5.2 Flash写入程序
关于Flash程序，这里就不在赘述，只是贴一下带检查的写入程序。其他具体内容可以到博主STM32速成笔记专栏查看。
  Y+ [- u6 E2 P# v' x- s

1. /*
   0 {8 [2 c+ Y' y% r# X
2. *==============================================================================
   
3. *函数名称：Med_Flash_Write
   ; f# A, C; i( m: F3 [
4. *函数功能：从指定地址开始写入指定长度的数据
   
5. *输入参数：WriteAddr：写入起始地址；pBuffer：数据指针；
   
6.                         NumToRead：写入（半字）数
   : [* z7 {: a- V
7. *返回值：无
   ! D0 M) b$ B4 E: I2 G) x0 a
8. *备  注：对内部Flash的操作是以半字为单位，所以读写地址必须是2的倍数
   
9. *==============================================================================
   
10. */
    
11. 
    
12. // 根据中文参考手册，大容量产品的每一页是2K字节
    
13. #if STM32_FLASH_SIZE < 256
    3 Q3 {- k; Z6 Q9 U! R
14.     #define STM32_SECTOR_SIZE   1024   // 字节
    7 |4 ]" m& _6 Y4 t+ J% g, l
15. #else
    - w: W0 m$ r+ A2 H& K2 v
16.     #define STM32_SECTOR_SIZE   2048
    . o! U1 b  [7 `3 y4 B" G, }5 @( J
17. #endif
    0 N1 ^9 ]6 E9 ?( J
18. 
    3 v2 d2 U) H# n8 X: A( r% k# g$ o
19. // 一个扇区的内存
    
20. u16 STM32_FLASH_BUF[STM32_SECTOR_SIZE / 2];
    - D! p; m, F. h  n$ j+ ~9 x
21. 
    
22. void Med_Flash_Write (u32 WriteAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToWrite)
    
23. {
    
24.     u32 secpos;   // 扇区地址
    ! w( U+ U2 ~8 @6 N1 M* t
25.     u16 secoff;   // 扇区内偏移地址(16位字计算)
    
26.     u16 secremain;   // 扇区内剩余地址(16位计算)   
    1 W! S2 L; O0 |5 A# N
27.      u16 i;   
    - C5 }+ L: U" w$ l" `* J/ D6 n' @  O& H
28.     u32 offaddr;   // 去掉0X08000000后的地址
    
29.    
    2 j' k8 ]: \/ A- s) ?# X) e
30.     // 判断写入地址是否在合法范围内
    
31.     if (WriteAddr < STM32_FLASH_BASE || (WriteAddr >= (STM32_FLASH_BASE + 1024 * STM32_FLASH_SIZE)))
    9 ~" e# i5 y9 |, ~& }# L$ }3 M
32.     {
    
33.         return;   // 非法地址
    
34.     }
    
35.    
    
36.     FLASH_Unlock();   // 解锁
    
37.     offaddr = WriteAddr - STM32_FLASH_BASE;   // 实际偏移地址
    
38.     secpos = offaddr / STM32_SECTOR_SIZE;   // 扇区地址
    7 Y7 E! a) [& @* k
39.     secoff = (offaddr % STM32_SECTOR_SIZE) / 2;   // 在扇区内的偏移(2个字节为基本单位)
    
40.     secremain = STM32_SECTOR_SIZE / 2 - secoff;   // 扇区剩余空间大小
    ! r$ C3 N1 W( f' G9 V9 T1 x
41.    
    . u$ P# G# @; J, M+ l# b' c9 ~
42.     if (NumToWrite <= secremain)
    
43.     {
    
44.         secremain = NumToWrite;   // 不大于该扇区范围
    
45.     }
    
46.    
    7 b: p) T- X$ @$ b' G
47.     while (1)
    2 b& W+ b" R4 C/ h+ Z: e
48.     {
    # X8 x( X: a$ w
49.         // 读出整个扇区的内容
    : U  B% w& V3 ~# ]0 I
50.         Med_Flash_Read(secpos * STM32_SECTOR_SIZE + STM32_FLASH_BASE,STM32_FLASH_BUF,STM32_SECTOR_SIZE / 2);
    
51.         
    ! ~, m9 e2 t' F9 R# l# t
52.         // 校验数据
    
53.         for (i = 0;i < secremain;i ++)
    " t& X' \( z5 S5 M% B- ~- Y, f
54.         {
    + k0 U7 Y$ a, n2 o& O9 H
55.             // 需要擦除
    1 y( ^) J3 d' n3 k7 g
56.             if (STM32_FLASH_BUF[secoff + i] != 0XFFFF)
    
57.             {
    
58.                 break;
    % G& f; t7 l) ]
59.             }   
    
60.         }
    
61.         // 需要擦除
    ) l" i3 v! n4 M5 Y( q' c" t+ _
62.         if (i < secremain)
    
63.         {
    
64.             FLASH_ErasePage(secpos * STM32_SECTOR_SIZE + STM32_FLASH_BASE);   // 擦除这个扇区
    
65.             
    
66.             // 复制
    ' q- c& w( T- ^. e) T& S& O9 S8 K
67.             for (i = 0;i < secremain;i ++)
    1 D$ r+ ^( l' l/ O: N: @+ |* L8 O; F
68.             {
    
69.                 STM32_FLASH_BUF[i + secoff] = pBuffer[i];   
    # C8 m; P, L0 y- B0 E6 F
70.             }
    
71.             
    8 L$ q; I* @/ e, T5 i! W) b6 s
72.             // 写入整个扇区
    
73.             Med_Flash_Write_NoCheck(secpos * STM32_SECTOR_SIZE + STM32_FLASH_BASE,STM32_FLASH_BUF,STM32_SECTOR_SIZE / 2);
    * a5 r1 S% m) _! }9 y, Y
74.         }
    
75.         else
    
76.         {
      w- g6 [0 `! {
77.             // 写已经擦除了的,直接写入扇区剩余区间
    6 B, u$ ?- ]. o0 S% V, L' O" j
78.             Med_Flash_Write_NoCheck(WriteAddr,pBuffer,secremain);
    
79.         }
    1 ~  E4 g0 p! V  D$ y
80.         
    6 ?. B5 H. Y3 `% w; h' y
81.         if (NumToWrite == secremain)
    ! a" t/ ^7 o5 y# I1 \" C
82.         {
    
83.             break;   // 写入结束了
    
84.         }
    
85.         // 写入未结束
    
86.         else
    3 Q- R3 x+ g0 Q1 P5 ~
87.         {
    : H; @% d0 b% E+ D/ e
88.             secpos ++;   // 扇区地址增1
    9 h% ]. w" S3 n  u8 b6 Z' T- w
89.             secoff = 0;   // 偏移位置为0   
    4 F# j, f, w# L; M) H' h' O
90.             pBuffer += secremain;   // 指针偏移
    * [9 ]7 E7 M* v5 m! g6 u3 X
91.             WriteAddr += secremain;   // 写地址偏移   
    0 R- s- r, }% Y1 u% }
92.             NumToWrite -= secremain;   // 字节(16位)数递减
    3 Q" j4 k8 Q3 V8 x- z: ^
93.             if (NumToWrite > (STM32_SECTOR_SIZE / 2))
    
94.             {
    6 p* _2 Z$ Y: s2 W
95.                 secremain = STM32_SECTOR_SIZE / 2;   // 下一个扇区还是写不完
    $ n; A1 U, s, y1 Z& Y- o, I8 p
96.             }
    & x; U+ V3 e3 M5 B- U  C: p# R, c) |) v( U
97.             else
    - X7 y) i' J4 f# u( Y5 y4 E1 ~/ d+ v% _
98.             {
    9 s3 |9 p4 F6 {9 E4 }7 o
99.                 secremain = NumToWrite;   // 下一个扇区可以写完了
    
100.             }
     $ \4 t" ?1 ^7 j$ }
101.         }  
     
102.     }
     + e. C, p9 x$ {# C/ y7 n3 K
103.     FLASH_Lock();   // 上锁
     - o! k5 |  H- n4 G7 {! O+ S; v1 R( E9 @
104. }

复制代码

5.3 IAP程序
IAP程序包含两部分，一部分是将接收到的.bin文件写入Flash，另一部分是跳转到App执行。

1. /*
   
2. *==============================================================================
   7 \& n9 c- D0 D0 f0 T" S, r5 B
3. *函数名称：iap_write_appbin
   , ]9 h+ n5 x4 W( L/ i
4. *函数功能：写入.bin文件
   
5. *输入参数：appxaddr：App程序起始地址；appbuf：缓存App程序的数组；
   ' S' [9 w: ^4 C$ h+ T: V% _9 [
6.                         appsize：App程序大小
   0 J5 I" N" `& g/ {2 R7 B: Y
7. *返回值：无
   
8. *备  注：无
   
9. *==============================================================================
   9 E8 \7 h; g4 |% q' s
10. */
    ) O) i8 z# C& D/ _
11. // 对Flash操作的最小单位是16位
    
12. u16 iapbuf[1024];   // 要写入Flash的内容
    
13. 
    : f$ D- \8 {- X* d
14. void iap_write_appbin (u32 appxaddr,u8 *appbuf,u32 appsize)
    ; D: D8 T& U0 i! y( s
15. {
    
16.     u16 t;   // 临时循环变量
    
17.     u16 i = 0;   // 自增索引
    / T; P) g' a) L; f
18.     u16 temp;   // 临时计算变量
    4 c. }6 [. _& R1 w, e) ]
19.    
    . [; n+ `5 \/ l6 q' V' \5 @+ Y9 W
20.     u32 fwaddr = appxaddr;   // 当前写入的地址
    
21.     u8 *dfu = appbuf;   // 指向App代码数组首地址的指针
    ; N4 T+ z2 @$ |) [( [8 M
22.    
    6 Y5 A9 Q7 J# D( }& M
23.     // for循环，2K为单位进行写入
    
24.     for(t = 0;t < appsize;t += 2)
    
25.     {  
    
26.         temp = (u16)dfu[1] << 8;
    
27.         temp += (u16)dfu[0];   
    
28.         dfu += 2;   // 偏移2个字节
    $ Z3 f/ X3 c5 g
29.         iapbuf[i++] = temp;     
    
30.         if(i == 1024)
    
31.         {
    
32.             i = 0;
    
33.             Med_Flash_Write (fwaddr,iapbuf,1024);
    / ~3 Y- F' D# }1 D. f2 N5 I
34.             fwaddr += 2048;   // 偏移2048  16=2*8所以要乘以2
    
35.         }
    . i& V# k0 _0 f
36.     }
    7 d* Z& P* f+ E, {4 W
37.     if(i)
    
38.     {
    
39.         Med_Flash_Write (fwaddr,iapbuf,i);   // 将最后的一些内容字节写进去
    % D# C# ]* G/ e1 L$ @8 W6 q
40.     }
    9 Y) C) z, b! N
41. }
    % X8 w% L0 p) b2 g5 i$ {
42. /*
    
43. *==============================================================================
    % A) a8 }- ^+ Y( @. }. y/ N( ]
44. *函数名称：iap_load_app
    
45. *函数功能：跳转到App
    * u2 ]' K* \; A' Y9 k
46. *输入参数：appxaddr：App程序起始地址
    
47. *返回值：无
    
48. *备  注：无
    5 D. Z3 I% n" m) B, c5 j/ S/ N
49. *==============================================================================
    ( J2 ^( u$ @( m1 C; m
50. */
    
51. iapfun jump2app;
    ) W$ V) Z8 @8 m! n/ W
52. 
    ) L1 y& \9 Z7 W% v
53. void iap_load_app (u32 appxaddr)
    8 o/ o: O3 J9 ]" b, n
54. {
    
55.     if(((*(vu32*)appxaddr)&0x2FFE0000)==0x20000000)   // 检查栈顶地址是否合法
    
56.     {
    
57.         jump2app=(iapfun)*(vu32*)(appxaddr+4);   // 用户代码区第二个字为程序开始地址(复位地址)  
    
58.         MSR_MSP(*(vu32*)appxaddr);   // 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)
    
59.         jump2app();   // 跳转到APP
    . k! e8 ]) A) \8 B8 l
60.     }
    
61. }

复制代码

5.4 main函数
main函数设计如下
& `( [. W9 l2 F' o. G% v' D) J

1. int main(void)
   
2. {
   
3.     u32 curRecCunt = 0;   // 当前接收数量
   / I+ B$ p0 o* O6 M( f4 U
4.    
   
5.     // 设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
   
6.     NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
   
7.     delay_init();   // 延时初始化
   7 f6 J0 k6 n8 ^! v* o* A! ]$ ^8 H" F
8.     uart_init(115200);   // 串口初始化
   
9.    
   
10.     printf ("Enter the Bootloader Code!\r\n");
    
11.    
    
12.     while(1)
    
13.   {
    1 D7 I9 p- z1 t- F; \1 Y$ H
14.         // 如果接收到内容且传输完成
    & p4 C; u; |7 {+ b4 G2 y9 M
15.         if (curRecCunt == gReceCount && gReceCount != 0)
    
16.         {
    
17.             printf ("App Code reception complete!\r\n");
    
18.             printf ("The length of the received App code is %d!\r\n",gReceCount);
    
19.             
    
20.             // 开始准备写入Flash
    ' R1 O$ x' ^& e/ d, y
21.             if(((*(vu32*)(0X20001000+4)) & 0xFF000000) == 0x08000000)   // 判断是否为0X08XXXXXX.
    
22.             {
    
23.                 iap_write_appbin(FLASH_APP1_ADDR,gReceFifo,gReceCount);   // 更新FLASH代码  
    * A# H  h* g- J8 C! F3 Y/ [
24.                 gReceCount = 0;   // 清零接收计数变量
    4 h0 s1 I' l) _; B6 m4 Q+ l$ o
25.                 printf("Update complete!\r\n");
    4 s7 u' [0 B" M: W. |2 R
26.             }
    
27.             else
    
28.             {
    % b2 X& X; W/ r. D4 X
29.                 printf("Update error!\r\n");
    5 b# `' J2 ~) |! }5 b3 O
30.             }
    ' R7 g: J! R! V
31.             
    $ M4 P( q8 F/ b. ?
32.             // 准备跳转App执行
    
33.             if(((*(vu32*)(FLASH_APP1_ADDR+4))&0xFF000000)==0x08000000)   //判断是否为0X08XXXXXX.
    
34.             {
    
35.                 printf("Enter App!\r\n");
    
36.                 iap_load_app(FLASH_APP1_ADDR);   //执行FLASH APP代码
    
37.             }else
    3 R' `# z+ ~3 V; M. {& u2 u
38.             {
    - ?2 F8 m1 U( i% P, _
39.                 printf("Enter error!\r\n");
    9 _/ F2 c2 u! k
40.             }
    : E, u* |1 Q: G
41.         }
    
42.         else   // 未传输完成
    $ n  b6 v$ W, i( J  g6 L- Z
43.         {
    & ^% e3 _% I( a* w# V- K
44.             curRecCunt = gReceCount;   // 更新当前接收数量
    
45.             // 延时一定要有，给串口中断留出时间
    
46.             // 如果没有会导致接收不完全
    
47.             delay_ms(10);
    6 Y" r: `  R$ k* J4 b4 M$ l! J" U
48.         }
    
49.     }
    
50. }

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六、注意事项
8 L0 B& x( j# e% D需要注意的是，上面的程序中App程序是从0x8010000开始，需要配置好程序起始地址和中断向量表偏移。
% c8 c& O2 N4 F, m8 ~# s4 d$ _

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