基于STM32在线升级OTA经验分享

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攻城狮Melo 发布时间：2024-7-29 14:16

文章
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文章简介:	基于STM32在线升级OTA经验分享

简介
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.

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

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:

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

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:

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

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:

/* 采用汇编设置栈的值 */
__asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
{
MSR MSP, r0 //设置Main Stack的值
BX r14
}
/* 程序跳转函数 */
typedef void (*Jump_Fun)(void);
void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
{
Jump_Fun JumpToApp;
if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 ) //检查栈顶地址是否合法.
{
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)
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)
JumpToApp(); //跳转到APP.
}
}

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

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
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

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

打印版本信息以及跳转指令

YModem相关的文件接收部分

/**
* @bieaf YModem升级
*
* @param none
* @return none
*/
void ymodem_fun(void)
{
int i;
if(Get_state()==TO_START)
{
send_command(CCC);
HAL_Delay(1000);
}
if(Rx_Flag) // Receive flag
{
Rx_Flag=0; // clean flag
/* 拷贝 */
temp_len = Rx_Len;
for(i = 0; i < temp_len; i++)
{
temp_buf[i] = Rx_Buf[i];
}
switch(temp_buf[0])
{
case SOH:///<数据包开始
{
static unsigned char data_state = 0;
static unsigned int app2_size = 0;
if(Check_CRC(temp_buf, temp_len)==1)///< 通过CRC16校验
{
if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始
{
printf("> Receive start...\r\n");
Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
data_state = 0x01;
send_command(ACK);
send_command(CCC);
/* 擦除App2 */
Erase_page(Application_2_Addr, 40);
}
else if((Get_state()==TO_RECEIVE_END)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 结束
{
printf("> Receive end...\r\n");
Set_Update_Down();
Set_state(TO_START);
send_command(ACK);
HAL_NVIC_SystemReset();
}
else if((Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)&&(temp_buf[1] == data_state)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 接收数据
{
printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
/* 烧录程序 */
WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
data_state++;
send_command(ACK);
}
}
else
{
printf("> Notpass crc\r\n");
}
}break;
case EOT://数据包开始
{
if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
{
printf("> Receive EOT1...\r\n");
Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);
send_command(NACK);
}
else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
{
printf("> Receive EOT2...\r\n");
Set_state(TO_RECEIVE_END);
send_command(ACK);
send_command(CCC);
}
else
{
printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
}
}break;
}
}
}

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.

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
BootLoader源代码和App1源代码可以在原作者的gitee获取

代码的下载
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)

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

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

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.

转载自： IOT全栈技术
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