简介
/ g- u. ~2 k1 i* G8 ]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.

7 ]2 z4 w3 }7 S- }/ s
' R+ S+ m9 R# z; v! D1. OTA基础知识
3 V4 v! R1 t5 C, e; A) Z什么是BootLoader?
1 l, U( c" J$ ?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.
) G  O4 s# l" K5 p8 o% a
/ B* ?; x  j( K) D7 kSTM32中的程序在哪儿?
- n+ S7 _5 m& \. o" v6 {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
! e- X- h2 T" ]1 W8 k

+ v/ Y* ~0 B; D
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:
) t- d( D4 r  Y( q
" d9 O1 F, h2 e

* j, B/ f) ~- ]5 P! T& q$ h7 T" V

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:
1 z& I! d4 z$ g3 F0 z9 Y3 ZBootLoader区存放启动代码
App1区存放应用代码
# C: M1 L7 i2 H( d) g1 @: G/ VApp2区存放暂存的升级代码
& S; W1 r) M: h5 F2 O
: w$ K, b5 T& Q/ n( }. g

7 H% w6 ^" n( C5 ?总体流程图
  r" }9 V8 b, A0 W; O* a! ]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.
9 h5 u  W9 k  \) l) Z$ [; S) b/ w
) l0 v" d( L4 H8 `* @% H  {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 P  \# L6 n- ^/ b2 S

" i4 s" `3 E, s8 E2 Q' P

2. BootLoader的编写
3 D5 c( C/ 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。
1 f& J& R. D8 o. ?: k
' I' O9 |! |. j& Q9 B+ u" N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
6 X, {4 C% D9 S/ ]7 t, ~

程序编写和分析
所需STM32的资源有:
发送USART数据和printf重定向
, z: l3 Q$ I6 p( a" p+ `# v5 kFlash的读写
程序跳转指令,可以参考如下代码:

2 N5 R/ w* @# e

1. /* 采用汇编设置栈的值 */
   
2. __asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
   / u$ L+ D6 D( F8 O0 D& a0 A
3. {
   
4.     MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值
     l2 v9 N7 v! ^; J* ]
5.     BX r14
   
6. }
   4 {" E0 U; C+ z( b+ j
7. 
   6 h' S& K" w6 a2 i, F( E! ~
8. 
   ! l6 D- ^: C. J* m3 s& @, J- R& p
9. /* 程序跳转函数 */
   4 p6 m7 t3 r4 r
10. typedef void (*Jump_Fun)(void);
    
11. void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
    4 }! O8 @8 N# C! j: |
12. {
    2 k* ~- T" g) n/ I/ k' e
13.   Jump_Fun JumpToApp;
    
14. 
    $ L" x% g. `8 I; C5 m) q: n& |
15.   if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 )  //检查栈顶地址是否合法.
    7 [3 o* E4 K, T  Q3 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)
    ) F6 o2 D# E' ~, q
19.     JumpToApp();                                                //跳转到APP.
    . q+ Y0 Y8 B8 f. @
20.   }
    
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
7 F) O0 ?/ k& b" D. g, T* k* @
) h/ ^& W" w* T0 w# _, A3. APP的编写
2 |# K; O) V+ R! k9 L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。
$ ]0 }& `8 Y) q& ], ]  ~
: W( Z: _3 \9 D2 M2 N
流程图分析
, B% W1 u* S5 n7 Y1 j以我例程的App1为例：
% d5 Z  m" E4 H( S9 l/ G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；
2 P* X& L6 [/ U( s. ?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：

$ O8 _( o+ ^8 {; E; a1 i
; F4 N) C! B2 o' Y程序编写和分析
所需STM32的资源有:
发送USART数据和printf重定向
+ q9 W$ k* ~% e8 AFlash的读写
串口的DMA收发
3 e9 |) i! T6 H2 jYModem协议相关
4 s0 s  }$ {3 ?Ymodem协议
6 w: S* v/ O1 b6 L7 ~# D2 E; X百度百科[Ymodem协议]
( I* t: m; T) K4 _+ z) J' d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).
- Y9 {& g4 _5 m+ z$ dYmodem协议相关介绍可参考我的这篇教程 YModem介绍
+ o* O) \( `# @6 ~
代码分析
/ H* J. J8 r2 D# E: [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.
/ N& ^' n. T' f8 D; q' @! k主函数添加修改向量表的指令
6 l2 b  c# j/ x( C$ I

打印版本信息以及跳转指令

2 }7 s0 ?" @1 e  K6 ]7 }% o6 T

- X2 f! P& t5 f& ~YModem相关的文件接收部分

1. 
   . b$ H! P: S3 k5 f; y2 b
2. /**
   9 n; i' V4 p! K0 T% A9 z
3. * @bieaf YModem升级
   
4. *
   
5. * @param none
   
6. * @return none
   5 w+ X" K9 n& Y. @
7. */
   4 g1 r- x. S) Q2 t
8. void ymodem_fun(void)
   
9. {
   
10.         int i;
    
11.         if(Get_state()==TO_START)
    
12.         {
    9 `1 m7 x; \! X
13.                 send_command(CCC);
    
14.                 HAL_Delay(1000);
    
15.         }
    & H, M; C& m" X  q
16.         if(Rx_Flag)            // Receive flag
    9 k. ^3 a6 K9 `  t  `8 X
17.         {
    6 h( T! {" D3 A0 u$ o
18.                 Rx_Flag=0;        // clean flag
    4 ~% L( Y7 |1 F2 P
19.                                 
    
20.                 /* 拷贝 */
    
21.                 temp_len = Rx_Len;
    
22.                 for(i = 0; i < temp_len; i++)
    
23.                 {
    
24.                         temp_buf[i] = Rx_Buf[i];
    
25.                 }
    5 v1 H- R0 p: |* j! c, a
26.                
    
27.                 switch(temp_buf[0])
    
28.                 {
    : V3 o* M; O/ d
29.                         case SOH:///<数据包开始
    
30.                         {
    
31.                                 static unsigned char data_state = 0;
      ~) i0 n1 c- N1 O
32.                                 static unsigned int app2_size = 0;
    
33.                                 if(Check_CRC(temp_buf, temp_len)==1)///< 通过CRC16校验
    
34.                                 {                                       
    5 D: U$ A* j; ]" W  X6 L- g
35.                                         if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始
    # V6 o6 S! m2 B* b
36.                                         {
    
37.                                                 printf("> Receive start...\r\n");
    
38. 
    0 [- _( i9 {6 n. J
39.                                                 Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
    
40.                                                 data_state = 0x01;                                                
    4 k4 n7 [: r; c9 `
41.                                                 send_command(ACK);
    8 E* o* w+ `( V6 ]0 a; {
42.                                                 send_command(CCC);
    
43. 
    
44.                                                 /* 擦除App2 */                                                        
    6 p5 a2 o9 i( r, @9 E; W
45.                                                 Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    
46.                                         }
    
47.                                         else if((Get_state()==TO_RECEIVE_END)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 结束
    
48.                                         {
      O4 ]3 C) {' @! n; m4 s" y& r
49.                                                 printf("> Receive end...\r\n");
    
50. 
    
51.                                                 Set_Update_Down();                                                
    
52.                                                 Set_state(TO_START);
    : j2 T3 m9 b/ ^9 M; b3 S- f
53.                                                 send_command(ACK);
    1 Z! W  a$ U+ s
54.                                                 HAL_NVIC_SystemReset();
    : n6 T5 Z1 W, R( J! ~8 e5 R
55.                                         }                                       
    . N) Z$ Y3 k+ m. m& e6 t
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.                                         {
    ' J5 q4 k( p1 t0 t# `
58.                                                 printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    
59.                                                 
    2 N( y8 p* K9 `0 e4 h* G
60.                                                 /* 烧录程序 */
    
61.                                                 WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
    2 w  [4 S0 G& P7 v' t
62.                                                 data_state++;
    8 ?4 U* K( j, @  d/ k
63.                                                 
    
64.                                                 send_command(ACK);               
    ; L8 c) L- K0 m' D3 d2 F" E9 u3 I2 g
65.                                         }
    6 Y$ b% [1 e; G; y
66.                                 }
    
67.                                 else
    . T, O  }: }/ f/ X: O. l
68.                                 {
    3 o4 h9 ?( g9 ]3 a' D, k! n
69.                                         printf("> Notpass crc\r\n");
    
70.                                 }
    
71.                                 
    7 h' Z0 r0 k8 S3 `
72.                         }break;
    
73.                         case EOT://数据包开始
    ! T$ T# V; H: \; Y; l, n0 o
74.                         {
    
75.                                 if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    
76.                                 {
    
77.                                         printf("> Receive EOT1...\r\n");
    " {! {8 P1 B3 ?2 _$ ~2 p% e2 C
78.                                        
    & \$ a8 ~! f7 D+ G- i8 y7 L9 {
79.                                         Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                                       
    
80.                                         send_command(NACK);
    ) N) u/ H( Y1 J; n7 i5 e2 L8 k( G
81.                                 }
    
82.                                 else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    ; v, L: s6 Q+ Z
83.                                 {
    
84.                                         printf("> Receive EOT2...\r\n");
    ' R: u( P& q4 W1 A$ h* j$ k6 e$ V
85.                                        
    
86.                                         Set_state(TO_RECEIVE_END);                                       
    
87.                                         send_command(ACK);
    # X' y  ], ~8 `% {2 G3 S
88.                                         send_command(CCC);
    
89.                                 }
    . l$ Z: `: f- m4 g* y  f( Z7 s5 u
90.                                 else
    . P3 V; M& I( K& h7 N. H% F4 B$ E2 o
91.                                 {
    
92.                                         printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    
93.                                 }
    
94.                         }break;        
    
95.                 }
    
96.         }
    6 Y8 l$ T. [% F- z
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
9 T& C% R+ v* P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
( B7 B) O& A: ~$ L+ C
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」。
7 {4 a3 ]5 N" n$ t/ S9 i
& K' o# ?6 _& h/ ~( e5 u4 Q

9 G7 Z1 U2 W5 K' l
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)
$ J3 a  x1 A& _* u! L7 l" N

" P: s: {+ J8 V, J1 p: V, R0 Z9 {烧录代码
运行, 通过串口1打印输出, 会看到以下打印消息
- k; l- E+ D: M4 q- u# d/ n说明BootLoader已经成功运行
2 C! J* u) y7 P7 r
; X6 f) \: U+ z7 L. G

0 P7 e9 c5 l- m2 U5 ~7 U8 j

  N) w4 {1 \; J$ E' S9 ?
1 b2 j2 E+ Y  x; R  X; UApp1的下载
App1稍微复杂一点, 需要将代码的起始位置设置为0x08005000
+ j- f& I& a9 A8 R# R$ r$ o同时也要修改擦除方式为Erase Sectors, 见下图

  d- z9 Z. n) M0 V4 y4 [# u

3 w" x1 l! W1 M8 x( |3 p. b
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
" b% o! [- Z# u+ ]6 A6 A
+ M1 b0 n& N$ k2 U

; b* M6 {- s# U) E3 o  E6 h
生成App2的.bin文件
Keil生成.bin文件
6 Y0 I* K; ]# y8 H5 W; j
. v) d6 Q, Y9 Z$ O  @修改代码, 把版本号改为0.0.2, 并且编译并且生成.bin文件

) I/ G* _$ ]' _: A: _7 x7 J5 g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
( U$ {7 z; r0 ^8 U8 u+ V' D% ?
3 ^' K4 m) w$ [7 x6 F# a

使用Xshell进行文件传输
8 U$ i2 c; A; B打开Xshell
$ j; `+ X+ U. o- y! G代码中, 串口1进行调试信息的打印, 串口2进行YModem升级的
+ X5 }" I- `6 j% ~" \! Y2 C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.
. A$ V2 }5 F+ G! c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!
4 V" ]  c; }: v- D/ T
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.

# y' K- b. m+ s  O9 `2 O5 Y. K转载自： IOT全栈技术
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你好，有程序源码或者链接吗