简介
+ i5 X2 E: N6 r( F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.

& \0 i# d+ c6 t$ `1 k
1. OTA基础知识
' [4 {  j) K. u$ C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.
; g& J* n. k1 @6 i: E7 @) H
  n! N- h0 j0 TSTM32中的程序在哪儿?
' e* ], b: P  D' I" B) K- ?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
* ?3 c$ {9 H. Y4 ]6 O  |: H9 F/ v

# {9 P4 s# R& @
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:
9 l' M( L5 G8 T, N$ }( y% s

" @: M* @: d. x/ Z( B- j7 j
: t6 f$ z! e* Q& X
" H# |3 H1 ]3 U0 y2 A/ w9 Z% h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
  D, m( }4 h3 f0 w, J( [App1区存放应用代码
App2区存放暂存的升级代码
/ G* E0 f  ]! Q/ _6 n
) m( O1 s  ~% v

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.
" ^4 X% i, p) B4 y* b; B. [( S; S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 X% A- r7 y( P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:

0 N- X1 L! w+ i

* d* H" b$ Z! T7 c0 I. h, X% B5 y

: ^( L- K) d* {. a; n) b  W' U# X! X  z

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。

8 K! {' e) @' g: Q3 j0 }+ p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
; ?7 k8 E3 m* T- T7 o

程序编写和分析
- U' h  n' V! y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:

4 W6 }- a9 Q4 [! M5 R3 h$ Z- `& Y, w

1. /* 采用汇编设置栈的值 */
   * g* L* W, Y$ x3 Z3 x: z6 Y
2. __asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
   " v/ m3 Y$ d/ h1 h- b8 k) s" H
3. {
   
4.     MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值
   
5.     BX r14
   
6. }
     z# G# F" m7 P& s9 N; }5 j
7. 
   
8. 
   & N4 ?, n  ^# p6 g6 K
9. /* 程序跳转函数 */
   & @5 ^# F2 k" A' Q9 E8 P& V
10. typedef void (*Jump_Fun)(void);
    1 n5 `1 q/ {1 A5 \
11. void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
    
12. {
    
13.   Jump_Fun JumpToApp;
    
14. 
    9 L7 U7 ^$ c$ x
15.   if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 )  //检查栈顶地址是否合法.
    3 Z8 ~- H$ w! T9 x% D- d
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)
    9 ~& I+ U# L' K
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.
    
20.   }
    : ^' }" J7 [) M; w- K) N, c
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

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。
- P; b2 y; [8 n% U4 Y6 B7 I7 Y

流程图分析
# d9 @+ v6 \/ U以我例程的App1为例：
1 B/ B( c' X9 ^- L9 [3 w* l$ }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；
+ k3 c+ W, j9 S打印版本信息, 方便查看不同的App版本；
: l% A& C1 d' J( f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：

- O0 F7 E. Z6 ]4 {. p: D

程序编写和分析
所需STM32的资源有:
+ G$ G! R' Y) L6 q5 F5 M% b* W发送USART数据和printf重定向
  T5 h# [/ J  \% ^. M4 G- F) N$ XFlash的读写
) M: I, o/ V' [: e串口的DMA收发
YModem协议相关
$ \1 O" I$ q) N! b2 n) e% nYmodem协议
3 n; F# X+ R5 _. E4 H* {百度百科[Ymodem协议]
# @1 {* k, R2 }) 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).
/ Z8 t5 t1 h/ s5 B' r6 [) ]Ymodem协议相关介绍可参考我的这篇教程 YModem介绍

% w$ Y: j; }! v' g. U0 s代码分析
- L! O. r  g  w* c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
9 ~3 C4 ^( }' X- N% M: g8 k( i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
5 B. G1 n0 n* f0 Z' G

! D, p% Y9 ?% Q打印版本信息以及跳转指令
3 q. z; n1 ?- o$ t

YModem相关的文件接收部分
: V. {+ B5 @$ A1 F; x

1. 
   
2. /**
   
3. * @bieaf YModem升级
   3 X6 C* \+ h3 P# N2 i; P4 l
4. *
   9 \+ n; x9 p" {4 ?0 s7 [' s& E
5. * @param none
   3 n: s8 L: r7 a0 G
6. * @return none
   + ~2 Z* L8 C0 V5 p" H& D& s
7. */
   
8. void ymodem_fun(void)
   
9. {
   ; ^. w! {" F& A$ m
10.         int i;
    " `& u0 B# w/ R. B+ d
11.         if(Get_state()==TO_START)
    
12.         {
    
13.                 send_command(CCC);
    5 l# j# i* p5 w% U3 I, q
14.                 HAL_Delay(1000);
    $ F# Y# J' g7 w8 t1 ^! B% q$ y5 c
15.         }
    
16.         if(Rx_Flag)            // Receive flag
    ; J5 R- [, c9 F. N, t
17.         {
    $ L( l$ K) L4 |/ T+ r5 H5 W
18.                 Rx_Flag=0;        // clean flag
    
19.                                 
    
20.                 /* 拷贝 */
    . A4 Z( W4 L! T
21.                 temp_len = Rx_Len;
    
22.                 for(i = 0; i < temp_len; i++)
    8 A* y1 B1 m  ]
23.                 {
    
24.                         temp_buf[i] = Rx_Buf[i];
    
25.                 }
    . Q' C* C3 z: B6 A
26.                
    ( @0 n: d5 E6 e8 _/ @: \
27.                 switch(temp_buf[0])
    
28.                 {
    
29.                         case SOH:///<数据包开始
    
30.                         {
    1 U1 m( ~& v5 ]8 K+ W, P5 {8 n
31.                                 static unsigned char data_state = 0;
    
32.                                 static unsigned int app2_size = 0;
    2 z4 \1 s% q6 d" R7 L) h
33.                                 if(Check_CRC(temp_buf, temp_len)==1)///< 通过CRC16校验
    $ n  p) ^* K- n8 f8 ?9 T- j
34.                                 {                                       
    % n9 }& H$ `; w! V* [+ D0 u% ?
35.                                         if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始
    
36.                                         {
    
37.                                                 printf("> Receive start...\r\n");
    
38. 
    
39.                                                 Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
      E7 Q; P8 |4 K: r7 E; s
40.                                                 data_state = 0x01;                                                
    $ u/ C! G2 W+ ?2 [; ^% w
41.                                                 send_command(ACK);
    - V* x/ j/ A9 M" i! x
42.                                                 send_command(CCC);
    ) H& O% }0 I/ L6 v
43. 
      E4 V: h; z# M% H4 T* [6 {( O
44.                                                 /* 擦除App2 */                                                        
    0 v) O6 q2 l( m' U. ~% v
45.                                                 Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    2 S  [* S! h0 [' n
46.                                         }
    1 V5 S- P& e" ?/ ~) [* o
47.                                         else if((Get_state()==TO_RECEIVE_END)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 结束
    0 D* m5 b# z! ^; b% c6 x- A
48.                                         {
    7 B3 m! m" N2 t, ^3 Y
49.                                                 printf("> Receive end...\r\n");
    
50. 
    
51.                                                 Set_Update_Down();                                                
    
52.                                                 Set_state(TO_START);
    ; k) x; u, J) t* r5 O
53.                                                 send_command(ACK);
    , U' n. [0 l/ r
54.                                                 HAL_NVIC_SystemReset();
    
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
      @, ]0 N9 t4 J( g, l6 p1 [) _
57.                                         {
    ' }1 B+ V- Z- l
58.                                                 printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    ) Q# x; h2 f7 ?3 C; Q0 D/ q! p- k
59.                                                 
    - \* w" l& [3 i5 W4 K% y$ m& t* X
60.                                                 /* 烧录程序 */
    / A0 n; _2 j  N4 T1 S
61.                                                 WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
    
62.                                                 data_state++;
    : m( r: m$ |: Z- V/ C
63.                                                 
    9 q; E; `0 U, e  R9 ?) m  w
64.                                                 send_command(ACK);               
    - o; z. p( p; t9 Q6 \- @
65.                                         }
    
66.                                 }
    # z, O- |, Q- N" Y9 m, V# ?- J
67.                                 else
    
68.                                 {
    
69.                                         printf("> Notpass crc\r\n");
    
70.                                 }
    
71.                                 
    9 h, ^1 V* j9 _) R4 Y
72.                         }break;
    
73.                         case EOT://数据包开始
    
74.                         {
    
75.                                 if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    
76.                                 {
    7 d/ k7 ?* e  Q0 j
77.                                         printf("> Receive EOT1...\r\n");
    
78.                                        
    8 J* P+ m4 Z, M( g2 A- a' h
79.                                         Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                                       
    
80.                                         send_command(NACK);
    
81.                                 }
    & m9 |: a3 G% ]9 v" X
82.                                 else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    
83.                                 {
    * B8 o7 u; e( I
84.                                         printf("> Receive EOT2...\r\n");
    ' x# T6 q! j. ]
85.                                        
    
86.                                         Set_state(TO_RECEIVE_END);                                       
    
87.                                         send_command(ACK);
    
88.                                         send_command(CCC);
    $ X1 u: e* g2 D9 t# N7 z- g1 |
89.                                 }
    5 O: e8 l9 Q( B& i; M- L3 \; C
90.                                 else
    + h2 U% v8 K9 d1 D* `) ?
91.                                 {
    
92.                                         printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
      b* f. E) g+ V: P. E' L
93.                                 }
    # B% n4 H: j6 d  j1 v6 r
94.                         }break;        
    , {! K  A; f) ~
95.                 }
    
96.         }
    
97. }

复制代码

  N( g* [, l( G+ O+ }9 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.
& k+ n, B% o6 B0 V3 n5 L

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。

# H7 O3 l8 ?/ w; @. Z7 ~源代码
0 c) A/ i' K7 q6 E2 i& R4 f; tBootLoader源代码和App1源代码可以在原作者的gitee获取

8 @% v. r$ K+ x. M! a/ J代码的下载
' u  N9 U* M# S, }. K  ]. I- J* p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」。

& C1 p: I0 P+ R) \: O; [9 o; V

( E. I! ?7 t2 ]
BootLoader的下载
- J3 J8 Y& p: r$ P/ o4 {0 w7 lBootLoader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 P2 N1 C2 q( h

. V$ u8 n) E7 V

4 N  m( y8 }6 F0 o烧录代码
运行, 通过串口1打印输出, 会看到以下打印消息
+ Q. L( j# U4 C( u  U) k说明BootLoader已经成功运行

, ]1 C" k, q" y; I% X, \

App1的下载
' S5 O4 V0 k6 `! u1 kApp1稍微复杂一点, 需要将代码的起始位置设置为0x08005000
. y+ }- m1 [4 T' z0 O4 V+ Y同时也要修改擦除方式为Erase Sectors, 见下图
4 T2 B; o8 R& j
& V$ S2 e3 g* e5 m

; @: L# q, A, N7 w0 e

! F. u, ]& [7 S% l. z1 k

# Z! N- V) I+ A3 l7 M烧录代码
' q% }8 s: b. [& o; g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
  L! D8 Y. R$ P3 S- B
5 `7 g5 r. {# Q" a

- b- P9 b- `2 r7 v+ D8 {# U生成App2的.bin文件
4 n8 \0 |8 M! z( {7 U  D) TKeil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
5 [7 X7 h' r$ `% v0 ~) L
+ ~1 b0 F. G3 p, Y! 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

% X! F7 x; V- M$ n3 o; a. q, K

使用Xshell进行文件传输
打开Xshell
0 @- p9 ?; t6 r代码中, 串口1进行调试信息的打印, 串口2进行YModem升级的
$ o' z1 Z' \5 t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
) |# P/ _; C- v, x5 U0 {# i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.
7 |3 G0 u6 ?$ V6 z* s# z那么恭喜你! 你已经能够使用在线升级了!

5. 总结
2 c6 n% ^# Q' ^6 t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.
* D) r7 A$ P- M3 F
转载自： IOT全栈技术
# D: f, c8 f, o* W如有侵权请联系删除
* M; `7 |% ]9 |; p! _

你好，有程序源码或者链接吗