简介
# |/ E; I* h+ F! T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.

( O$ v. d' H9 ?+ \: B
1. OTA基础知识
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

" }* j/ K8 L. o4 u

接下来就可以进入正题了.

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:
( O& w* u- C- d2 z' [6 I
: n+ J8 r+ H) p& X) _* }# D

: H7 Y# n: C6 }, M2 H0 ]) H6 _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
( I4 ~2 C  [' J$ Y9 gApp2区存放暂存的升级代码

) v/ y1 m) C; k0 ~5 }  L

. x6 {+ t: o7 q3 d% O5 m" [总体流程图
1 A7 O5 ?+ ~2 E: K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.
1 E5 D  }4 ^% l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.
8 n  f/ A9 P; o) Q9 p1 L- t
; k& _9 w' H9 M7 V/ H% R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 U( ?( h& B0 ?! E' q( Y& P* W7 G+ X
: a3 g* H7 e% F8 B: |$ p3 E2 P

: U1 v7 b- x2 v

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
% f6 s2 ^6 ~: Y. s- ^+ Q以我例程的BootLoader为例：
2 Y+ S3 a- i( u8 t; O0 ]9 U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

; n7 `) B. f1 ~. k程序编写和分析
+ M5 x0 P, _3 ?0 Y所需STM32的资源有:
3 c: p, Q7 C# K发送USART数据和printf重定向
8 Z- o: Q& K6 K3 I- k: OFlash的读写
5 t8 x; ^- y6 ^5 f程序跳转指令,可以参考如下代码:
3 K1 p& m- F( N9 r/ G5 {
7 [9 I+ \+ Y& l) }8 h# z; A
, i: Y; j& j4 _. Z

1. /* 采用汇编设置栈的值 */
   & M2 K( N5 i! n5 H  X
2. __asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
     I: M0 y. J2 Y8 ?4 }$ H; A
3. {
   
4.     MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值
   
5.     BX r14
   
6. }
   
7. 
   ; T" D" F$ R4 |
8. 
   
9. /* 程序跳转函数 */
   
10. typedef void (*Jump_Fun)(void);
    + J, Y6 l) ^. |, w1 q* [
11. void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
    + r3 E% K, H1 `7 L: n# a2 c
12. {
    
13.   Jump_Fun JumpToApp;
    
14. 
    5 m( J+ {) i; ^$ P
15.   if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 )  //检查栈顶地址是否合法.
    % v8 l( g* a$ ]+ v, Y
16.   {
    
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.     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)
    ) w3 p: ^1 z) R/ m% I
19.     JumpToApp();                                                //跳转到APP.
    
20.   }
    : V% @% \" |" P# |
21. }

复制代码

2 [& r9 C7 c$ T7 T& R在需要跳转的地方执行这个函数就可以了IAP_ExecuteApp(Application_1_Addr);
$ Z8 W+ D  c* m其他的代码请参考BootLoader源代码
. b1 Q* ^6 s5 c" R- Q6 P
3. APP的编写
; x3 V& Q9 L' \9 A8 f, o9 u. j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。


. |" Z0 M! E7 `6 [3 z流程图分析
以我例程的App1为例：
# L& U" ]3 K2 `( s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：

- x" R4 V. D% ]; ]% z程序编写和分析
& G9 c( K. p$ @! t所需STM32的资源有:
发送USART数据和printf重定向
Flash的读写
" x+ e1 W3 w9 u9 U" r$ v, q' ~串口的DMA收发
8 N, @7 Z' L9 i0 y! bYModem协议相关
Ymodem协议
. C! l* Y& f0 E  X; E# K& R百度百科[Ymodem协议]
6 x0 M7 W3 }, r3 K, _( T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).
! e  F6 z/ _; c' c8 A) ]0 {6 GYmodem协议相关介绍可参考我的这篇教程 YModem介绍
- p/ U$ K, r  p
# V. E$ `- _4 @9 b代码分析
- g. i0 t. L3 R  M% U$ m7 T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
! E) \/ N) L$ [7 q  ]* e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
# k$ V5 Z- {9 Y  J: l6 ]- s# x
8 S+ |+ [, n6 T' n

打印版本信息以及跳转指令

8 G# c5 [3 w5 u. L! o

YModem相关的文件接收部分

1. 
   
2. /**
   
3. * @bieaf YModem升级
   ! d4 ~# k, f5 A' k; g
4. *
   - `5 s: I& [+ n! r8 J; o
5. * @param none
   
6. * @return none
   7 z/ n/ N( ~: y% d! s
7. */
   
8. void ymodem_fun(void)
   
9. {
   
10.         int i;
    
11.         if(Get_state()==TO_START)
    9 z7 ^/ I- F2 ^, I: {
12.         {
    
13.                 send_command(CCC);
    
14.                 HAL_Delay(1000);
    ) k& S- t) `9 f& h/ X2 `
15.         }
    ) _9 R# W( o" F! ?& v
16.         if(Rx_Flag)            // Receive flag
    # L8 _3 o' J0 i
17.         {
    
18.                 Rx_Flag=0;        // clean flag
    0 c( E, C; w0 D/ V* u2 v! T
19.                                 
    ) M3 A* K$ J6 ~, K/ T+ z3 u3 y
20.                 /* 拷贝 */
    
21.                 temp_len = Rx_Len;
    
22.                 for(i = 0; i < temp_len; i++)
    + E+ b' |0 B- G1 S
23.                 {
    
24.                         temp_buf[i] = Rx_Buf[i];
    6 |3 F+ a# A* X+ Z& _+ j3 c
25.                 }
    7 n( W8 V2 y/ w
26.                
    % g; J2 ]5 e! c4 j. [$ E
27.                 switch(temp_buf[0])
    
28.                 {
    : D' j4 z2 V5 W2 m/ E
29.                         case SOH:///<数据包开始
    
30.                         {
    
31.                                 static unsigned char data_state = 0;
    . C& }% _/ s& F! K' ]
32.                                 static unsigned int app2_size = 0;
    6 t$ R4 g  O2 A$ o8 ^
33.                                 if(Check_CRC(temp_buf, temp_len)==1)///< 通过CRC16校验
    - ^) x; v+ L8 A5 q" _1 z) y% Y7 s
34.                                 {                                       
    
35.                                         if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始
    
36.                                         {
    3 M9 R8 X+ T7 ~4 q5 ]& W; s: p  x
37.                                                 printf("> Receive start...\r\n");
    
38. 
    - v8 ]3 F9 R3 F* u: ~- o+ y) p
39.                                                 Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
    * A  D0 C0 J3 b) q' @0 o
40.                                                 data_state = 0x01;                                                
    9 l& O, I: f4 P, [& Q
41.                                                 send_command(ACK);
    1 _% |* z9 V9 Q' B& h) g& h
42.                                                 send_command(CCC);
    ) E0 B- L7 @( N5 e$ Q3 M( z+ ~
43. 
    
44.                                                 /* 擦除App2 */                                                        
    , w' F& G2 H. U: k# s0 n* t
45.                                                 Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    8 \' |+ h* O6 c. ?
46.                                         }
    
47.                                         else if((Get_state()==TO_RECEIVE_END)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 结束
    ; }6 {" e1 C" `9 N. b( n1 U2 h
48.                                         {
    + Q1 ^. x; ?! a7 I
49.                                                 printf("> Receive end...\r\n");
    
50. 
    
51.                                                 Set_Update_Down();                                                
    
52.                                                 Set_state(TO_START);
    
53.                                                 send_command(ACK);
    : r4 ^& m7 N  L+ h* o: A
54.                                                 HAL_NVIC_SystemReset();
    
55.                                         }                                       
    4 _4 _/ B6 j$ W  q# Q3 V1 |" q, o* l
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.                                         {
    , p5 }+ l0 _- s
58.                                                 printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    1 D, H1 f  Y7 Z# a# \3 a: {
59.                                                 
    5 l3 e2 Z% g! Q- }
60.                                                 /* 烧录程序 */
    
61.                                                 WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
    ! R- K: P( g  `6 |: H  q. I
62.                                                 data_state++;
    : c& V1 d4 C4 L- N4 y  T$ J6 j$ i
63.                                                 
    1 q: O* V) d' m$ m- X# L% M
64.                                                 send_command(ACK);               
    % r2 V* c$ ^+ _/ V! c4 \5 w
65.                                         }
    # F' a* |. v3 Q. e
66.                                 }
    
67.                                 else
    8 T$ q& I& [6 y( _0 L; S
68.                                 {
    
69.                                         printf("> Notpass crc\r\n");
    ' @  N4 O6 K) f4 p9 o: A
70.                                 }
    
71.                                 
    # ?7 Q5 ?, X* P8 L1 c/ k% Z/ ]
72.                         }break;
    
73.                         case EOT://数据包开始
    5 U0 f4 l1 y  B) U( R
74.                         {
    2 Z% u( a1 u+ j+ d" K# v, X* i
75.                                 if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    * p; L1 T2 P4 l8 ~
76.                                 {
    " ~- l5 z% u$ ~, O" s# |7 j# y
77.                                         printf("> Receive EOT1...\r\n");
    
78.                                        
    9 _  o4 J! Q: W' W8 z6 v
79.                                         Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                                       
      c6 d7 V5 v* J6 N
80.                                         send_command(NACK);
    
81.                                 }
    1 m+ h$ R# W$ U$ _1 |$ f$ H. t
82.                                 else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    + U3 p8 i+ x- x% s; W1 |
83.                                 {
    
84.                                         printf("> Receive EOT2...\r\n");
    
85.                                        
    
86.                                         Set_state(TO_RECEIVE_END);                                       
    
87.                                         send_command(ACK);
    
88.                                         send_command(CCC);
    
89.                                 }
    4 a$ C3 B9 X% \, M4 M) F/ z8 V6 b+ c
90.                                 else
    # o! X- G& P6 A: W5 C5 H% f/ X5 L7 `
91.                                 {
    / ]# w1 b5 T- m* \" W  M' x& u4 H
92.                                         printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    
93.                                 }
    ' A8 Z- j! t0 N4 }9 F& j
94.                         }break;        
    + ~- W/ F! r6 f' ?" H' D/ Y  x$ y
95.                 }
    + L# S. V7 b9 k, \  d0 c
96.         }
    + W0 n* O# |7 [* f
97. }

复制代码

( `  a8 r8 i- o4 R5 k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.

. t4 e  @' J9 S: n
4. 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。

源代码
) t. C# G: x2 i$ D# q2 ~BootLoader源代码和App1源代码可以在原作者的gitee获取
9 h* H7 v2 G9 w! g- v
代码的下载
2 |1 O) {0 @+ f) s8 `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」。

- j" k' w* P8 n

5 y# w/ a- p  q; ~# M/ r8 |

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)
, z6 [! r7 u( u4 O- f/ c: B

6 m7 Y2 i- H. |- c3 l

7 O; i3 W# {+ o* t2 C' j% f0 P/ y! d
9 u. r0 f7 w! S烧录代码
5 l7 d8 ~; G+ D2 `; S- u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
7 H4 W+ g/ U8 E2 y% ^) e/ ]
# A0 x, U% ^/ B% z1 e$ ?

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
$ l, l( o( t7 @$ k# A1 o同时也要修改擦除方式为Erase Sectors, 见下图

( h8 P" a1 z2 {6 N

/ g( W7 e; `, c7 r+ G

烧录代码
运行, 通过串口1打印输出, 会看到以下打印消息
- u. r& b) \9 d说明BootLoader已经成功跳转到版本号为0.0.1的App1
  C; j0 Y$ E  K1 n! |
: z0 u7 M% o4 U/ @/ U9 J7 S: H

% L, f# t& D- `: v
生成App2的.bin文件
Keil生成.bin文件
* `  @+ h+ K% m1 k
6 F+ T" x5 L5 t5 G修改代码, 把版本号改为0.0.2, 并且编译并且生成.bin文件

/ f( X* O6 F5 P' a7 s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
( f( V3 t9 Q: D* [- c% D: L# t
) A+ X5 a5 S! b( i

9 |. l5 N4 J; O; y( G! Q
/ u$ h* x$ i: }/ Q4 m使用Xshell进行文件传输
4 x! V" K6 o& b& s8 \" k! `打开Xshell
$ G# d' Z9 _5 X. \代码中, 串口1进行调试信息的打印, 串口2进行YModem升级的
5 J( ]* a4 H* e: b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
1 z- s& x7 l# A) e: }你会看到App的版本成功升级到0.0.2了.
9 f: {7 b0 H- I4 v% ]4 y如果你到了这一步.
- J5 |  d2 S# V; q那么恭喜你! 你已经能够使用在线升级了!
+ q0 d1 `  ]) M5 E4 R
5. 总结
/ H9 m; b. ~" s; Z' V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.
+ V$ ^* n" M4 c) G' M+ V
转载自： IOT全栈技术
. C0 T3 N, o; i4 `如有侵权请联系删除
; H1 M9 U) N( [. Z* j9 B) B