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.

- F# e/ q# g+ W/ J' V$ K# E
1. OTA基础知识
什么是BootLoader?
0 g1 }7 Q  _( y7 Y7 N! ]9 ]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.

  t& C0 D9 F! o7 y  _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

: ?) u' U( F+ O* k: H* Q3 v/ [

* }- N: ]( }0 J3 M
$ g" q' Q& V* j  l接下来就可以进入正题了.

进行分区
  R, N  ^% a6 J) w6 s7 R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:
6 I& ^. _7 l+ d4 ~

2 q  _5 w, Q' r/ \
$ l  A4 k- A* a- F8 J: Y8 i
) r" M9 N- p( e6 c) M# ?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
. y/ y8 P) w7 ^App1区存放应用代码
App2区存放暂存的升级代码
$ ^4 s8 P8 D; m- S7 Q9 I2 }
  d( c0 A2 g( I

( V4 S4 B; }; b% |6 F
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.
: w+ X3 J, ]- H
( e3 n5 S8 x0 ?- M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:
" b3 @' _" }! ^) K  g- j+ A

6 N. e4 }, ^& ]9 x

3 T; F0 a& E6 p+ b( O
$ S7 N$ ~* p  J# i2. 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。
( G+ p3 b2 e% c( U8 r
# f% e3 h. U8 s/ U/ M3 @1 H流程图分析
以我例程的BootLoader为例：
8 d: E% b- w" C4 D; @( q/ r9 s1 \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

. @" J/ S2 P- S9 q, B6 p$ h

程序编写和分析
: P4 s9 n0 Z, c所需STM32的资源有:
- l0 B! M5 i8 @0 ~3 d* N% k3 l发送USART数据和printf重定向
Flash的读写
9 k4 \* i0 c. {* B, k( g5 K/ l程序跳转指令,可以参考如下代码:
% n0 b8 h, ]! \0 d3 A1 u5 k
& b0 a5 u- ?3 b2 R4 R1 j& V6 W

1. /* 采用汇编设置栈的值 */
   
2. __asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
   
3. {
   
4.     MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值
   6 f0 ]# {/ P) E) [/ t
5.     BX r14
   
6. }
   
7. 
   8 I, \, Z' T7 \0 S/ z
8. 
   + _% s: S  O1 V( }. u( F. C
9. /* 程序跳转函数 */
   
10. typedef void (*Jump_Fun)(void);
    % M- }! X1 D0 @# `3 z4 F* n
11. void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
    ; X2 Q! F2 b# V3 ^
12. {
    9 `$ P  T( z3 t& F% X/ p( E9 |
13.   Jump_Fun JumpToApp;
    0 G6 v# l7 g- ~) Q# B4 r6 |
14. 
    ' i2 m# z- K# I* }! K
15.   if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 )  //检查栈顶地址是否合法.
    
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)
    & q$ S: w3 _' h0 l
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.
    & G: y; D" j" }+ n. R7 i
20.   }
    
21. }

复制代码

: H$ X5 A( D# 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
* y0 a. j& M! W/ I( }5 O
& j9 E' g$ D! H4 D) ^$ T3. 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。


, ?+ Q- P- Q9 X- R- o0 w- i. P流程图分析
4 j. p% P5 P$ l" B3 H8 }以我例程的App1为例：
$ V: r. E  b1 V, ~0 c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：

, \" t5 Y6 c: Z8 v

程序编写和分析
所需STM32的资源有:
' a0 `$ I. d" y% Z7 V发送USART数据和printf重定向
Flash的读写
. |8 k, y+ m( v2 t串口的DMA收发
YModem协议相关
' ]+ w' G  f, S" P) CYmodem协议
百度百科[Ymodem协议]
. T1 `0 o5 e1 A/ e& n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
5 k' U" _$ Y# Y. g9 X' Y
代码分析
/ ^6 W3 J+ ]9 `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.
& g9 S4 R2 V2 Z主函数添加修改向量表的指令
; K4 C6 @) F7 u+ ^# Y7 \# ?

, h1 z. ]/ A6 T- T1 L8 F' l( o
打印版本信息以及跳转指令
5 i+ M" d4 x: H7 ?7 p0 a
" D) J+ V# G0 ?  r1 S: |8 w" X1 A) M

YModem相关的文件接收部分
$ w' [8 s3 _) x

1. 
   
2. /**
   5 z7 @8 h$ o1 f$ r% T
3. * @bieaf YModem升级
   6 S* s5 N! L  V5 ~4 p
4. *
   
5. * @param none
   8 x8 o2 N% H7 e% V) p5 Q! i: ]
6. * @return none
   
7. */
   
8. void ymodem_fun(void)
   
9. {
   : z* j7 R# c1 k. e1 o
10.         int i;
    
11.         if(Get_state()==TO_START)
    
12.         {
    
13.                 send_command(CCC);
    " j* |1 Z* [/ I
14.                 HAL_Delay(1000);
    
15.         }
    
16.         if(Rx_Flag)            // Receive flag
    
17.         {
    7 k* T# b! O& v6 [0 {7 Z3 u# a
18.                 Rx_Flag=0;        // clean flag
    ( q$ y) I- A  y3 l
19.                                 
    
20.                 /* 拷贝 */
    # z* x$ t  ^9 C) ~' }
21.                 temp_len = Rx_Len;
    
22.                 for(i = 0; i < temp_len; i++)
    
23.                 {
    
24.                         temp_buf[i] = Rx_Buf[i];
    
25.                 }
    
26.                
    
27.                 switch(temp_buf[0])
    
28.                 {
    
29.                         case SOH:///<数据包开始
    $ T* v+ X/ V# s( z% D- R
30.                         {
    5 x0 j5 {8 e: ?. P& O4 c
31.                                 static unsigned char data_state = 0;
    1 @0 s5 x( N+ L- w' ~' O3 G
32.                                 static unsigned int app2_size = 0;
    / D3 H0 h! I5 q2 O. R1 m6 `. \
33.                                 if(Check_CRC(temp_buf, temp_len)==1)///< 通过CRC16校验
    ) [+ D% G/ w+ ^# k6 ]! O
34.                                 {                                       
    8 P# P6 l; V% c) f6 Q
35.                                         if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始
    2 v9 ^" \; p+ r/ m. d
36.                                         {
    
37.                                                 printf("> Receive start...\r\n");
    7 b* W8 T1 M& i3 q! g
38. 
    
39.                                                 Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
    
40.                                                 data_state = 0x01;                                                
    : w; v& L0 c/ T( }
41.                                                 send_command(ACK);
    
42.                                                 send_command(CCC);
    ; O0 N7 z2 b4 {- `/ s
43. 
    7 E" c& O7 x  u$ I1 ?: D+ Q
44.                                                 /* 擦除App2 */                                                        
    
45.                                                 Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    % L2 t( P" Y8 z$ E( y
46.                                         }
    . x% F6 [9 ~! i6 O3 U5 B
47.                                         else if((Get_state()==TO_RECEIVE_END)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 结束
    
48.                                         {
    
49.                                                 printf("> Receive end...\r\n");
    4 [, H3 ^$ Y  S, h6 A
50. 
    
51.                                                 Set_Update_Down();                                                
    0 O( `, A1 A$ t+ h4 n
52.                                                 Set_state(TO_START);
    . n' q' o. X8 t. K. P" p5 B) t
53.                                                 send_command(ACK);
    - M% \, o4 M4 M; Y) M
54.                                                 HAL_NVIC_SystemReset();
    ; F' Q) ]! i: A8 s) A: w
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.                                         {
    ) q2 L+ s  |' B5 I
58.                                                 printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    
59.                                                 
    / z  y9 g. ^6 N) j$ Y
60.                                                 /* 烧录程序 */
    9 N4 t# c1 Z3 L" g- `
61.                                                 WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
    
62.                                                 data_state++;
    5 y  M* m& I, P7 v# ^' S
63.                                                 
    
64.                                                 send_command(ACK);               
    
65.                                         }
    
66.                                 }
    7 p# n* n& a% O
67.                                 else
    , v2 p6 d1 G7 x! @/ A0 @2 m; _) i
68.                                 {
    ! g% T  p! M3 k' s4 l: X! O4 }7 g5 i
69.                                         printf("> Notpass crc\r\n");
    ' u3 g, y8 G" e
70.                                 }
    
71.                                 
    
72.                         }break;
    1 i3 _6 @8 f6 Y; G0 K; z
73.                         case EOT://数据包开始
    
74.                         {
    5 @6 s# t5 r3 B4 s
75.                                 if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    4 W0 y  P, T' {% ^- ^. I* z9 C
76.                                 {
    % V+ Q" j0 L& O; s& s( U
77.                                         printf("> Receive EOT1...\r\n");
    , I- q' L( H( w" N% b
78.                                        
    
79.                                         Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                                       
    
80.                                         send_command(NACK);
    
81.                                 }
    
82.                                 else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    # e/ V. U2 L! N  \+ T
83.                                 {
    
84.                                         printf("> Receive EOT2...\r\n");
    
85.                                        
    9 y3 @1 o( C& h
86.                                         Set_state(TO_RECEIVE_END);                                       
    ! E! C0 D& ~5 x% r% I4 `* c
87.                                         send_command(ACK);
    , k$ ~: t. j4 P0 s( h) j: G& k
88.                                         send_command(CCC);
    ( g) f2 |" y$ L* a* `( V
89.                                 }
    
90.                                 else
    * A/ t& q) J$ V3 h6 Y( ]8 l0 P
91.                                 {
    % D# j4 g8 \# Y
92.                                         printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    
93.                                 }
    
94.                         }break;        
    
95.                 }
    
96.         }
    
97. }

复制代码

+ r. |2 ~/ J" R4 k$ A2 d- s* @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.

9 N, n  _7 w+ k. ^
4. 整体测试
/ Y7 U! t( n; Y9 ?! H! b本节主要对前三节的教程做测试验证 BootLoader + App的升级功能。
1 W3 o0 B+ o7 I+ l
源代码
1 Y7 ^3 g# Z# H6 Q$ t- EBootLoader源代码和App1源代码可以在原作者的gitee获取
/ `6 d: k2 d/ r8 `
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」。
( I5 f+ W) w! _3 j8 n% R) V
* U! |* @& H. b- r" F

. B, j+ [# `  s! {+ a$ [+ V: B  R  V; G
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)
3 r5 i- Y! i/ w8 q3 D
8 f4 i* l* n0 t9 k! I" D0 ^

烧录代码
运行, 通过串口1打印输出, 会看到以下打印消息
% _) w6 P, Q2 i2 w$ y4 E  D4 ]2 P说明BootLoader已经成功运行
* @( T: K! W0 |

. p% ]% V* L4 i; J6 N4 ?App1的下载
/ {$ X1 o$ I. i" x8 T/ K$ ~; j* TApp1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

+ J  Y; k1 r, O9 Q  p- {% v

0 @& _# Z6 b) Y: K: W7 b

% p, [8 @; U' p& V7 ~6 x
+ F% |) B. Y( @5 n: f+ O- B4 |; ~

! H5 S3 i. A* T+ W" a+ h, i
9 R( c9 h  t7 _3 c1 _: `5 @5 p, l烧录代码
运行, 通过串口1打印输出, 会看到以下打印消息
9 G4 B2 E/ S2 ^4 \# z说明BootLoader已经成功跳转到版本号为0.0.1的App1
' U3 ~* r8 {! \

2 B8 j( }0 R6 P) X4 a- o
生成App2的.bin文件
% x* Z4 a* H5 J2 qKeil生成.bin文件
9 z& w# _6 l" }; z1 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
' F9 y& A4 M1 f* I; F
" c3 _: E" N6 X2 r/ c4 a" {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
5 j6 r+ B4 \8 a9 d5 x
2 K: v9 M( i% x$ U

使用Xshell进行文件传输
! z& w. i: j! l8 F打开Xshell
1 I( S9 s' t# ?3 S: o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
+ Z7 y3 M/ f9 I  ]/ b: W你会看到App的版本成功升级到0.0.2了.
) j) k! B( o" M& m* n8 L如果你到了这一步.
. g) R; K: f* [' Z, B. S那么恭喜你! 你已经能够使用在线升级了!
0 l- l( K0 y1 ~. [, D2 c
( d3 S$ n6 M% z# w' W$ O5. 总结
. s7 ]+ X" V, m2 q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.

0 O" u3 |/ Q6 V. s+ Z# G+ n转载自： IOT全栈技术
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( ~0 I3 J- r5 L
7 r+ ?' W7 @, t