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.
4 y+ K+ @8 o; v, v9 N

+ |- }: m' A7 y; u, q1. OTA基础知识
什么是BootLoader?
# E5 o8 B$ C# e: f0 CBootLoader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.

, @/ E! o6 c4 X% [$ ]4 p. U: u) {STM32中的程序在哪儿?
' d" f  _- T9 |" E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
1 U! p% v. l# P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:

% N3 m$ x& h; L# V  V: i) E

) h% j" T% n" S8 P1 N+ e4 z6 D
+ Q* h0 m- H/ R- H6 ?; D
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:
$ N$ s8 u" u8 Q3 a- h# R; u6 }, p7 iBootLoader区存放启动代码
App1区存放应用代码
6 @/ g7 c) S, S- B5 s6 L5 LApp2区存放暂存的升级代码

$ R2 J& d# ^' W

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.
; G+ x: i, J4 s- U' H5 f
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 P6 V2 c" B% E
  N# o# P. {+ v. u$ V- u

3 Z( A8 A* j4 v# v$ T- [

# y4 G& g# p0 c% F5 |! F2. BootLoader的编写
/ I5 G* S% o, d2 _/ H+ P6 u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。

5 q: g" F, Z' N) [7 r1 g流程图分析
- w5 [# x" K( |- B以我例程的BootLoader为例：
3 N: a" W' U- p3 I- n- o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
7 h. ^; ]% p" g. w5 E$ F

程序编写和分析
所需STM32的资源有:
, q) s: {& u1 o/ K/ u发送USART数据和printf重定向
Flash的读写
) w1 K9 n# C; c2 u0 c/ [3 b+ R程序跳转指令,可以参考如下代码:
# j  k* ~" Z- F8 y6 R; z: O  A+ Y
6 F( C% C$ ~( |) L
7 q& Z" p5 r( ^5 p7 ~, f

1. /* 采用汇编设置栈的值 */
     m7 x3 d0 ?; G4 n& H
2. __asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
   
3. {
   
4.     MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值
   
5.     BX r14
   - L% }# `* k' H& y9 q- h1 e- e, u
6. }
   
7. 
   ' l0 ]. ]. U" {4 a/ p0 \, N. O
8. 
   
9. /* 程序跳转函数 */
   
10. typedef void (*Jump_Fun)(void);
    2 B' v* R: B# C% b' I' L
11. void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
    
12. {
    
13.   Jump_Fun JumpToApp;
    
14. 
    . k7 Y0 Z  V  j
15.   if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 )  //检查栈顶地址是否合法.
    ) R; y2 M; z8 a; [
16.   {
    - K6 {1 j( s, a. t4 o
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)
    , ?9 x& S3 l$ n, Q" k! Q; G& a
19.     JumpToApp();                                                //跳转到APP.
    & r" u2 V( Q/ E1 x# l
20.   }
    + ~0 ?" \) l& l/ }; A
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);
* v6 g' y2 `# p其他的代码请参考BootLoader源代码
# Q* M- G6 W- V8 ?0 `
3. APP的编写
& v. w* ]6 k* E2 W, Q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。

* Z& [) O; F9 T: U8 [+ F" Z
, M" f3 ~9 e3 w% I, \8 V# J1 v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：
$ i  {# L/ s: e
. D% v" l7 O" v9 m

9 e. Y$ V! x% X$ A! v
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
5 K: o8 o! r& m1 g5 _YModem协议相关
! h7 x; w8 I9 _0 Y6 o* oYmodem协议
1 V, |6 N$ @! T7 ^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

" w0 C) _1 F4 _# `. a7 J, \* C代码分析
" k+ P3 S- V- [5 K- j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
2 V8 C2 ^' V, s/ P

$ S4 L4 Y# L, y打印版本信息以及跳转指令

YModem相关的文件接收部分

1. 
   8 Q- Q6 e4 P1 h. y5 Q4 `
2. /**
   8 \1 `: ]- A' L% D% b
3. * @bieaf YModem升级
   ; ]$ l8 x8 {4 i* z0 L( z$ Q  B" `7 k+ c
4. *
   
5. * @param none
   8 s( l8 y6 p% G6 U. `; `
6. * @return none
   . l3 Y$ g1 F# E. L/ A
7. */
   ) h" `# F$ o6 }+ E( w. q; d8 y/ _+ L
8. void ymodem_fun(void)
   " ?8 k5 h1 u2 d. I
9. {
   & u8 S$ H# H- {+ G0 q
10.         int i;
    
11.         if(Get_state()==TO_START)
    
12.         {
    
13.                 send_command(CCC);
    
14.                 HAL_Delay(1000);
    " |& l; o6 F7 b7 _8 \% ]5 b3 W
15.         }
    ; ]1 m( A; C; m/ w" f/ S# k4 U
16.         if(Rx_Flag)            // Receive flag
    
17.         {
    
18.                 Rx_Flag=0;        // clean flag
    + l" u. c4 Y) q: c; w
19.                                 
    
20.                 /* 拷贝 */
    
21.                 temp_len = Rx_Len;
    + C4 f1 R- T8 b+ r7 A5 m
22.                 for(i = 0; i < temp_len; i++)
    
23.                 {
    
24.                         temp_buf[i] = Rx_Buf[i];
    
25.                 }
    
26.                
    
27.                 switch(temp_buf[0])
    2 ?. K  K# ]+ e& f& z2 o* |* F- x
28.                 {
    , P# ]9 x! g8 }% S! f; b" K* }
29.                         case SOH:///<数据包开始
    ( U, L- `5 H. k4 }6 x" L. S
30.                         {
    # j9 A7 P. s+ T
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
    " i4 V8 D4 a' n3 h6 e
34.                                 {                                       
    # F! ~1 o0 i5 L& Q& C  f
35.                                         if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始
    ( |! i0 M$ `, f( g3 u' i
36.                                         {
    
37.                                                 printf("> Receive start...\r\n");
    ; c4 K6 |- f) i* U
38. 
    . E' O& Q2 @* ~1 E/ B: g
39.                                                 Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
    9 d* K. b( ~7 M9 d; [+ L
40.                                                 data_state = 0x01;                                                
    
41.                                                 send_command(ACK);
    
42.                                                 send_command(CCC);
    
43. 
    + x  j7 U  x' W! n$ |
44.                                                 /* 擦除App2 */                                                        
    
45.                                                 Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    
46.                                         }
    ) \5 W7 h# L: i+ w
47.                                         else if((Get_state()==TO_RECEIVE_END)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 结束
    % l5 H2 a  \5 g6 o1 H$ X
48.                                         {
    # V  v" S: }6 J1 L6 P& r
49.                                                 printf("> Receive end...\r\n");
    ! R) [5 O! [, B7 O( n* E, J- H4 O
50. 
    
51.                                                 Set_Update_Down();                                                
    
52.                                                 Set_state(TO_START);
    
53.                                                 send_command(ACK);
    
54.                                                 HAL_NVIC_SystemReset();
    ' [% q$ _( a6 l. v/ x* H7 I
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
    # |5 X* D$ x$ M  c  T: c
57.                                         {
    
58.                                                 printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    
59.                                                 
    
60.                                                 /* 烧录程序 */
    
61.                                                 WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
    & H4 H5 v( L' d
62.                                                 data_state++;
    3 b7 Z- H, F4 V: m
63.                                                 
    " L8 O) T, W/ H! B
64.                                                 send_command(ACK);               
    
65.                                         }
    + Z1 ^1 t% r! q# ?" q4 c
66.                                 }
    
67.                                 else
    ( ?0 ^* B  K; V5 ^- W9 \
68.                                 {
    7 G. s  `! G0 q4 Q# S) ~
69.                                         printf("> Notpass crc\r\n");
    2 j% c; a7 t  t: @) D9 _
70.                                 }
    
71.                                 
    0 A/ m$ Y1 D5 d0 h# [1 ?- F$ R
72.                         }break;
    
73.                         case EOT://数据包开始
    , a9 L4 p/ E' T4 ]$ j" j2 x: \
74.                         {
    
75.                                 if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    % O( [$ g8 \" S" x5 y+ o) P
76.                                 {
    : [& ^$ H% M) H
77.                                         printf("> Receive EOT1...\r\n");
    ' V7 W9 M6 |6 f5 K( c
78.                                        
    
79.                                         Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                                       
    
80.                                         send_command(NACK);
    
81.                                 }
    # e0 S) z9 n5 O6 y% e
82.                                 else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    
83.                                 {
    
84.                                         printf("> Receive EOT2...\r\n");
    
85.                                        
    2 o' v1 a6 Y$ E; r! N0 U# [3 F
86.                                         Set_state(TO_RECEIVE_END);                                       
    ( K- b! w  {* [! K0 B( |# e
87.                                         send_command(ACK);
    4 D. D& A; J8 \8 L' G
88.                                         send_command(CCC);
    
89.                                 }
    , n" y) r4 l* R. ?3 e
90.                                 else
    
91.                                 {
    
92.                                         printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    ( l# W0 k2 o! w# C; z/ E5 @
93.                                 }
    
94.                         }break;        
    
95.                 }
    
96.         }
    . ^  c) m* U: c& h
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.


4. 整体测试
5 B3 D8 {- N, P% ^3 G8 U6 t本节主要对前三节的教程做测试验证 BootLoader + App的升级功能。

. E7 l& D* J5 W! n, J$ h4 V5 p源代码
BootLoader源代码和App1源代码可以在原作者的gitee获取
, p) l# [/ M6 K. H5 s* b1 Z
1 S; q% `7 u) Z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」。
# L/ U& Y4 j9 \2 a. D
: @& R# q6 d+ n! @. C/ _  c7 F5 B+ C

1 C/ d5 y0 J1 U/ ]# w1 m  J, [$ M

BootLoader的下载
1 G2 U: t) v* ]" `+ G6 c# dBootLoader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
" |0 B. s( E! ]2 o  B0 X2 B按照下图, 修改擦除方式为Erase Sectors, 大小限制在0X5000(20K)

- B% F6 |) }  F

5 v2 [# i9 P6 l5 a9 h. h! o: {

" ^. T  T: u; U& B( |0 i& [- ~! {
' A. X% _7 y4 Z4 U* w# v/ 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
) r7 ]; B! W' O" ~. O说明BootLoader已经成功运行

  d& n9 @1 J4 W6 X, A

, v# {8 l/ X# _, r$ A* n  S1 O: m

' o3 ]/ D! L$ f8 k1 \$ n" o7 D
App1的下载
5 @$ @5 c5 O% F4 k! h" vApp1稍微复杂一点, 需要将代码的起始位置设置为0x08005000
1 M) V8 a, Q" U' a同时也要修改擦除方式为Erase Sectors, 见下图
2 E4 A. n( u7 z) ^: W" D% P- N, ~

6 m- y) ^  ~6 g6 D) I! e

2 r9 k5 I* P' F+ c% h. G9 {) j. @

5 i* ?. r" d2 G# e4 k. o1 @% C
9 r& r; I& b- G" ~+ @# z) G# \6 K烧录代码
运行, 通过串口1打印输出, 会看到以下打印消息
: C: `$ d) k' O- Q说明BootLoader已经成功跳转到版本号为0.0.1的App1

- C- u! V' W$ z7 l" Q4 N& g. {

7 F% O) L! R- i  C5 g# B) I生成App2的.bin文件
& B" C6 i8 D5 _$ G4 _- ~Keil生成.bin文件

( t2 ]- W+ C& [/ [$ j- M8 I修改代码, 把版本号改为0.0.2, 并且编译并且生成.bin文件
, a- J# D* [5 }& w1 r
$ y! l& I4 T2 t# |+ ~7 t. H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

0 f# `# L8 h" @4 p( ]% A# ]6 V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
9 [& w/ g. ]' Q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.
. f/ Y  y  ^' r! c如果你到了这一步.
  Z& |! P0 {8 i; H9 ^- T那么恭喜你! 你已经能够使用在线升级了!

& D3 k0 ]6 ?* ~; _! h5. 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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