简介
0 v+ V- A3 u# ]" K9 X本文主要讲解在线升级(OTA)的基础知识, 主要是针对IAP OTA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OTA的认识.
) K+ g5 b& C) w# o, r
7 P: L2 z) c' ]; S' t
1. OTA基础知识
1 n/ i! a2 t& G; X# s1 f: Y7 Q什么是BootLoader?
5 k; r% ]: L, _! T/ JBootLoader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.

% g! v; \5 K% ^4 D* `8 Y. K  z2 |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

# F9 M7 }& q) {1 n
1 \0 {5 k% i- _  z接下来就可以进入正题了.
" n# u* y! j' }" J
8 Z% P/ [- d7 z& n! f进行分区
: o  V" Y; M- @7 ~" B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:
, Y+ V- k5 s1 L: f/ `- @
; d0 |8 V7 k4 V# l

2 s: e' o$ z, ^9 }) D; a

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
+ @5 v1 X- x/ S6 eApp1区存放应用代码
! _0 u; {9 y$ t% F+ SApp2区存放暂存的升级代码

& n3 m* i$ p" o8 S: K/ p) c

总体流程图
2 W0 d; G% r( x. R3 W: 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.
; w1 ?8 p* j8 a! }  r" x6 M2 ]7 B, j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.
+ J  e& `9 e# G0 _: r2 M# s
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:

9 O' X' p) S# g' p9 R/ v0 r9 A+ E) A: L

5 \8 p0 F7 f8 i/ ?: U( j3 N  E

) ~* @0 E! m. e9 D% v( F

3 M3 `8 E5 H' L) n$ f, l  [2. BootLoader的编写
( l9 [* V* B1 D5 ?6 x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。
$ H8 v' h9 d2 k9 o
/ u+ ?7 Z8 n+ |( S: y; f流程图分析
+ F, ~7 N0 m5 s以我例程的BootLoader为例：
+ c) z: [5 `# M4 p6 X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

" w! Q$ c+ a/ E; i0 {- K- O& e
) w- j, E7 a' L, ^' K程序编写和分析
! r% h* I0 X/ M* Z所需STM32的资源有:
发送USART数据和printf重定向
7 \$ ^8 L( r+ IFlash的读写
" W; U" T5 H! d% ~2 T程序跳转指令,可以参考如下代码:

1. /* 采用汇编设置栈的值 */
   + r0 @# K* y% k0 p! G, S
2. __asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
   & n, L+ v! c! x% V; U  o
3. {
   - n7 f; h6 W" L% N! {
4.     MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值
   / O0 W% g+ [" c% J4 U/ X4 P
5.     BX r14
   / {2 J% v$ @$ T9 z% C0 N7 S
6. }
   
7. 
   
8. 
   
9. /* 程序跳转函数 */
   
10. typedef void (*Jump_Fun)(void);
    2 V* X; r3 W" V  P
11. void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
    
12. {
    
13.   Jump_Fun JumpToApp;
    
14. 
    5 M7 f. L: ~0 m; W7 @
15.   if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 )  //检查栈顶地址是否合法.
    0 a+ ~0 u% f$ f3 u0 f
16.   {
    9 W" L$ u- v9 k, Y6 ]9 W6 S7 C$ D
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)
    9 a! S' V6 Y# H% P6 x" W8 N
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.     JumpToApp();                                                //跳转到APP.
    
20.   }
    " r* o7 X0 A: g& y# o
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);
其他的代码请参考BootLoader源代码
! N. a  ^7 J2 H8 Y: y2 L
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。
) [7 m1 y" s7 D6 ]- V: z$ k; h$ K
; X8 w: W7 P8 e2 z3 ]2 g
+ }9 G) f% D' t4 L流程图分析
$ ]5 |$ |4 k8 G& X. K以我例程的App1为例：
- m1 b9 Y2 ~# s4 m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；
; b) f/ a$ P; B打印版本信息, 方便查看不同的App版本；
1 t% F1 S( o$ [5 h9 a: K" v9 _  G7 [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：

9 ?% E" n" F- W# r) @; D7 W) w
程序编写和分析
. B0 M: }% J$ k; ~所需STM32的资源有:
发送USART数据和printf重定向
$ X* h) j5 J$ Y: V+ IFlash的读写
6 n' V! H4 F$ F, \3 `7 s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

2 k  ]- B' {# g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
- B/ G- ^8 f$ j4 z: p% W( z后面放了我的源代码, 详情请参考我的源代码.
) c# y. y) X: n; w# _主函数添加修改向量表的指令

打印版本信息以及跳转指令

# J! Q% b# I- S- z  I2 j+ k

' F- c2 F  _& ]( ]. A; J- N5 w3 N
YModem相关的文件接收部分

1. 
   3 K; ]% B9 d* G2 S! r) g( f9 N) \$ _) Y
2. /**
   
3. * @bieaf YModem升级
   + r0 k9 G- F3 ]4 }+ m
4. *
   1 ?( |+ E4 F  i  `. }
5. * @param none
   
6. * @return none
   / C' u9 B% m: y5 ?+ g/ s6 Q
7. */
   
8. void ymodem_fun(void)
   & n) n+ K  c- T$ Z- S
9. {
   : s3 b2 G" L6 _# j6 V' B: ?% k
10.         int i;
    & \! V0 z6 ?2 G
11.         if(Get_state()==TO_START)
    
12.         {
    & \' U& y5 I% [, H+ W$ F- V
13.                 send_command(CCC);
    6 B8 V/ |5 R8 i  I  \" m0 Z& X
14.                 HAL_Delay(1000);
    9 F, ]; p6 b5 o, Z8 w3 f' w( P
15.         }
    4 A! y# ^$ z6 C6 |" ]$ q
16.         if(Rx_Flag)            // Receive flag
    
17.         {
    & W7 @$ V6 k2 Z* S! W, H8 M) I
18.                 Rx_Flag=0;        // clean flag
    ) I& v  w8 K* E" S7 G! N
19.                                 
    . x! f* B" E$ D& w" J; d
20.                 /* 拷贝 */
    9 f5 A) v, q8 X/ l8 T" S8 s
21.                 temp_len = Rx_Len;
    " j- A3 [, D4 J
22.                 for(i = 0; i < temp_len; i++)
    % H' I8 S- h  v1 K+ y6 M
23.                 {
    $ D& q) V# [; E6 z, C5 o8 F" C
24.                         temp_buf[i] = Rx_Buf[i];
    
25.                 }
    
26.                
    ' m0 X* I% V# `) e4 G' c
27.                 switch(temp_buf[0])
    + G( [& d% J" r" s( b& z
28.                 {
    6 g0 s8 ^& z/ T' O& p
29.                         case SOH:///<数据包开始
    
30.                         {
    
31.                                 static unsigned char data_state = 0;
    
32.                                 static unsigned int app2_size = 0;
    
33.                                 if(Check_CRC(temp_buf, temp_len)==1)///< 通过CRC16校验
    " i; x, t* ~+ A% z, k2 X
34.                                 {                                       
    & [0 e, Q" t4 R+ v# B4 e
35.                                         if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始
    ; x8 v0 l4 M. \" h
36.                                         {
    : u+ s2 s7 g# ?# O/ t# n' U
37.                                                 printf("> Receive start...\r\n");
    
38. 
    
39.                                                 Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
    
40.                                                 data_state = 0x01;                                                
    - h4 ~# I  w7 g0 L/ l5 j' Q
41.                                                 send_command(ACK);
    
42.                                                 send_command(CCC);
    1 W+ @# L2 J2 w- a' L
43. 
    
44.                                                 /* 擦除App2 */                                                        
    & U% k- W% _  w: h) T2 s
45.                                                 Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    5 g3 A/ o0 U4 n# w# Z4 ^
46.                                         }
    . p0 ~/ y% a  g3 ^
47.                                         else if((Get_state()==TO_RECEIVE_END)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 结束
    ; x+ y/ r+ ?+ Y; B- [: K- A, S
48.                                         {
    
49.                                                 printf("> Receive end...\r\n");
    
50. 
    
51.                                                 Set_Update_Down();                                                
    & y2 l5 g5 n8 Z  [3 d* N! x# _' ^
52.                                                 Set_state(TO_START);
    $ ]$ l- J8 U: [  P9 {- o
53.                                                 send_command(ACK);
    9 L. U! k# a" A  n, P( K0 `9 D
54.                                                 HAL_NVIC_SystemReset();
    / N) O4 ?( S6 I" B( ?: @
55.                                         }                                       
    
56.                                         else if((Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)&&(temp_buf[1] == data_state)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 接收数据
    
57.                                         {
    5 g7 X1 Z- M1 ]( ~6 b# ]: r# R7 `
58.                                                 printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    ; \# `. u$ ~; k7 G/ h# h) m, }
59.                                                 
    " ~& H% o! m1 y. T' {; @& {
60.                                                 /* 烧录程序 */
    
61.                                                 WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
    
62.                                                 data_state++;
    
63.                                                 
    2 d* R- p9 Y+ e- V
64.                                                 send_command(ACK);               
    
65.                                         }
    ! {1 h9 i' P" |
66.                                 }
    ' j; ^( q) e4 y. H
67.                                 else
    
68.                                 {
    / b. q$ A1 k3 G% w6 ~  {, o
69.                                         printf("> Notpass crc\r\n");
    ) P8 x# k7 r( V, G
70.                                 }
      c6 X  w' M5 R0 b' N) c
71.                                 
    ) }9 g, I; M3 ]1 `! T- E$ p8 Y
72.                         }break;
    , V3 \- @. Z8 K. T  ]; S
73.                         case EOT://数据包开始
    
74.                         {
    ( P* o. w9 R$ I" ?
75.                                 if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    
76.                                 {
    9 \4 M6 Z/ t/ P8 p- w2 w1 g
77.                                         printf("> Receive EOT1...\r\n");
    , c) p# q  @* S
78.                                        
    
79.                                         Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                                       
    & V+ r# p. @) k9 N
80.                                         send_command(NACK);
    ( k7 B$ r/ M  A9 g# g* T
81.                                 }
    ; r7 V- s7 s# ?' a  H
82.                                 else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    & t2 J9 V% L5 N; r
83.                                 {
    
84.                                         printf("> Receive EOT2...\r\n");
    
85.                                        
    
86.                                         Set_state(TO_RECEIVE_END);                                       
    
87.                                         send_command(ACK);
    7 A' ?" n( x/ n/ R
88.                                         send_command(CCC);
    
89.                                 }
    4 |* _% c' z0 s- h: @- r
90.                                 else
    - f& v4 ^0 Q0 f7 p/ ]3 C$ j
91.                                 {
    . F& w$ E6 r0 c/ x3 c/ M+ i: T* L
92.                                         printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
      p: Y9 M' s, ?/ n
93.                                 }
    
94.                         }break;        
    
95.                 }
    
96.         }
    0 o* }: s1 a2 w3 I( ~/ O
97. }

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.

# k+ y2 ?. q( ^. e
; h2 p0 L, n/ e4 m9 E2 _4. 整体测试
1 }* u7 H/ Y! v: B8 }本节主要对前三节的教程做测试验证 BootLoader + App的升级功能。
3 h. |0 g+ U, Y* K2 W$ ]
3 U( L. E8 s  g6 N源代码
9 }7 S0 l/ p) r: @, uBootLoader源代码和App1源代码可以在原作者的gitee获取
1 ^4 u( K" @  |2 v
) y$ [+ i+ [( k) |& I1 ^* H/ Z代码的下载
, q' V. Q9 ^( H$ 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」。
% k% r7 V5 g. S! U& {

9 \8 e, z& @2 j9 q
  x' v# h& r5 }- M, D! iBootLoader的下载
! R( K9 j: e' G3 c) j( V( KBootLoader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)
1 v9 P# z3 u$ u( ~
* w6 G8 Q$ f. Y. f$ l

' O& {4 E' ^" g& @" _) L! h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

1 S; ^$ y0 M' i- U/ K/ g0 P# h

5 u- z6 d) d; h4 a0 e) cApp1的下载
App1稍微复杂一点, 需要将代码的起始位置设置为0x08005000
: p# a8 U3 T1 H. Z1 a* k& H3 d同时也要修改擦除方式为Erase Sectors, 见下图

% S1 \0 Z9 U( V

4 g9 {  E* |; p

( E' R5 Y  {3 ^7 c: X

+ J! `+ R2 _  D8 h

烧录代码
运行, 通过串口1打印输出, 会看到以下打印消息
/ m2 y! Q$ [& L5 _说明BootLoader已经成功跳转到版本号为0.0.1的App1
, p8 U: b0 U! ]: M( V& P
/ u) z  q) @! h, y1 @6 l

生成App2的.bin文件
Keil生成.bin文件

修改代码, 把版本号改为0.0.2, 并且编译并且生成.bin文件
- q3 @8 h/ l% N# u9 ^
( _4 X; W* \. l5 ]* ?; K7 B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

9 h5 r1 W1 |# R7 D

使用Xshell进行文件传输
打开Xshell
- E# p; Z* b3 L- O# p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.
3 J( T. S' e  n" q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!
' V, i  F/ i: L
5. 总结
7 l2 t4 z7 ~( I4 r$ @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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你好，有程序源码或者链接吗