简介
6 Q( p. W. O( V  \. Q' A2 T3 ^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.

* ^- R* C  L6 f" c0 h% a
1. OTA基础知识
5 C% O9 M0 x8 F5 {7 N! V! G% n! u& y7 m# W什么是BootLoader?
+ i+ [2 o/ V( D* m  {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.

# d: H  v, e' C* s7 ?# rSTM32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
# U3 a7 k# Q5 `6 @4 a' I3 ~, A" |
% }3 t/ H5 j/ ?4 K0 U

; q' f$ f' ~3 ]# C
9 M" y) ~- o8 L" a4 N接下来就可以进入正题了.
) |4 l! d5 i% S- G' C! e3 g0 g
9 h4 d& k: r/ f3 a5 _7 V进行分区
3 b  ~- M, L5 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:

2 x( }0 L1 j2 @  p, s+ K
5 c+ F( B: [3 d9 n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:
0 i  h- }- D* S3 T6 SBootLoader区存放启动代码
4 V- d! `" X/ x2 Y/ IApp1区存放应用代码
* ~" c& m  d, E$ T$ Z3 ^App2区存放暂存的升级代码
; P, j& p6 x: T( g( `# r

7 a, S/ O+ l9 l  ]* t( |总体流程图
- a  K* J, |1 v- p+ `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.
2 q6 X4 |& X5 H7 }9 J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:

) ?* r! I" s8 q2 E7 y) K9 _

- H. q8 M0 v2 t

; R% E9 g, K1 s8 @9 J0 {
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：
$ X4 h$ J5 w/ g" q, C9 u* i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
' b6 h6 ^% a& n  A9 W1 m
, g% X- j) d7 \

5 \# w7 V! y  _1 |
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
# m% s5 m0 ]! {, [+ V程序跳转指令,可以参考如下代码:

; v7 a9 Z. \: s0 Y  Z' P
$ _+ p3 c! f0 A. Z6 o

1. /* 采用汇编设置栈的值 */
   
2. __asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
   1 i8 J3 K2 T. L7 I3 P( I& T  L
3. {
   
4.     MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值
   5 c7 T# O$ O7 J9 P
5.     BX r14
   " I7 f  a1 I4 j5 p
6. }
   5 m& L+ a% {$ G: R- a7 m
7. 
   
8. 
   ; e0 j. M0 W' e6 W
9. /* 程序跳转函数 */
   9 S2 V1 {7 }1 d9 [$ l2 E* q! A2 V
10. typedef void (*Jump_Fun)(void);
    7 g& H) K5 u7 I) b& H3 C, d" L$ q/ M
11. void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
    % ~3 {4 @% |5 w2 I. j, ]. x& x! P0 Y# E
12. {
    
13.   Jump_Fun JumpToApp;
    / j; ~, j3 M) N3 k3 V) S
14. 
    / h# x& C: p! E8 q& A, {+ s  P: J
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)
    
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.
    0 b6 s5 g% {3 c9 W
20.   }
    ; ?/ n  O5 h+ |/ ~0 s3 A/ s  h
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);
+ P0 V& U9 U% W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。

# T: j$ g* q/ u0 X4 d
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；
# ^" a  H9 \& ^( D4 }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：

2 A- d9 l" `/ H; c" J/ o+ K; u

) u$ x7 l5 o* d, I8 _8 h+ L
程序编写和分析
所需STM32的资源有:
发送USART数据和printf重定向
9 \. Y0 _' d3 K3 aFlash的读写
6 W# s7 }& B) N6 b) u+ f5 i% ~, Q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
. r: ?0 L3 o) E# C( G# |
代码分析
; E3 T  M& [( h8 A& x2 i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.
9 J$ y. }! o& D主函数添加修改向量表的指令

1 f3 q6 l$ R/ i4 h( ?6 a: c. r/ |
- ?" R+ z. ]5 _0 u打印版本信息以及跳转指令

( u8 Z; k. ~6 N9 w3 l

' c( F. x5 t7 U; U2 A
YModem相关的文件接收部分
' T" R2 i! D" s, n. h! s% S8 K

1. 
   $ n4 r  R: f, D
2. /**
   ! w4 \+ {; v  d9 [- x% T6 G8 f
3. * @bieaf YModem升级
   6 H( L9 I5 S' i: @$ h
4. *
   
5. * @param none
   
6. * @return none
   3 i* B5 B+ ~; M7 I5 Q2 [
7. */
   ; v  r6 u+ b- q- B, f
8. void ymodem_fun(void)
   , p5 T1 a# a2 }) W3 \
9. {
   ; B- _1 n! y5 C' T% v7 [! b( Z' v; b
10.         int i;
    
11.         if(Get_state()==TO_START)
    
12.         {
    / y  p9 U. S4 [8 I8 V. l# {3 W2 A& }
13.                 send_command(CCC);
    8 d# _$ Z% I8 M9 ~  @
14.                 HAL_Delay(1000);
    
15.         }
    7 O% W4 L& K) c
16.         if(Rx_Flag)            // Receive flag
    " E, E6 _' @% q/ E* N% Z+ V
17.         {
    
18.                 Rx_Flag=0;        // clean flag
    : L. m8 T+ n3 R! l
19.                                 
    # A4 I% u) V/ t
20.                 /* 拷贝 */
    
21.                 temp_len = Rx_Len;
    7 ^9 d3 h* ^3 _6 ?! y
22.                 for(i = 0; i < temp_len; i++)
    
23.                 {
    
24.                         temp_buf[i] = Rx_Buf[i];
    % l2 D9 `8 ~! E. q8 N: {' Q
25.                 }
    
26.                
    
27.                 switch(temp_buf[0])
    . G# _0 o3 K/ A4 M
28.                 {
    1 U* _7 |% O  O9 l$ \
29.                         case SOH:///<数据包开始
    ) D4 g6 s5 w3 ]% v+ h
30.                         {
    
31.                                 static unsigned char data_state = 0;
    
32.                                 static unsigned int app2_size = 0;
    ) ]/ v6 H) D7 }7 }
33.                                 if(Check_CRC(temp_buf, temp_len)==1)///< 通过CRC16校验
    * O5 M1 t! @! j- ^5 `5 k* O
34.                                 {                                       
    , X1 C$ }  z0 ^  R$ e* q
35.                                         if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始
    
36.                                         {
    % N' m1 L  s& }# R* V& j) W/ N& P
37.                                                 printf("> Receive start...\r\n");
    8 e/ B8 `8 L* [
38. 
    
39.                                                 Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
    & T% k0 C" B, A8 m4 h! b0 Q
40.                                                 data_state = 0x01;                                                
    
41.                                                 send_command(ACK);
    
42.                                                 send_command(CCC);
    
43. 
    
44.                                                 /* 擦除App2 */                                                        
    4 ^. F/ f# J1 m3 a' i
45.                                                 Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    
46.                                         }
    , h5 Z; o$ w: D' Z
47.                                         else if((Get_state()==TO_RECEIVE_END)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 结束
    * i4 L. j; P: E7 _9 N: k* a2 E
48.                                         {
    
49.                                                 printf("> Receive end...\r\n");
    8 y& E7 D$ J% h8 T0 a
50. 
    ; U0 e4 r+ S) H( M3 I
51.                                                 Set_Update_Down();                                                
    / u! @5 M* w6 Q
52.                                                 Set_state(TO_START);
    ) L. e8 ^# n4 `( ^* j
53.                                                 send_command(ACK);
    
54.                                                 HAL_NVIC_SystemReset();
    . G8 R- t) Z: p: }3 k
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.                                         {
    , r& Q" w3 a  `, j0 |# i* O- E6 n
58.                                                 printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    $ ?- k3 B! i6 E( B
59.                                                 
    : z' K9 ?4 K3 o3 P7 v. p
60.                                                 /* 烧录程序 */
    
61.                                                 WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
    $ O! K) ]) y/ P% T
62.                                                 data_state++;
    % K* [9 I" m# e, z9 E. x
63.                                                 
    
64.                                                 send_command(ACK);               
    
65.                                         }
    5 ]* X. A( U* C8 o6 \( p: j! {; ?
66.                                 }
    
67.                                 else
    & A5 ?) n0 k. C' w9 p4 `
68.                                 {
    4 T& l' J( s+ j9 J. h( ^( _
69.                                         printf("> Notpass crc\r\n");
    
70.                                 }
    
71.                                 
    
72.                         }break;
    
73.                         case EOT://数据包开始
    + L2 T) p2 W0 ~1 D; ?* t% Y
74.                         {
    
75.                                 if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    
76.                                 {
    
77.                                         printf("> Receive EOT1...\r\n");
    7 @( y, I: u) r2 H, e* \" e+ s
78.                                        
    2 w& A& V- @0 k/ C( h* S
79.                                         Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                                       
    
80.                                         send_command(NACK);
    * u) x9 d" U4 o, f
81.                                 }
    2 p7 T" n( ]0 R' |$ l/ y) n* V1 r
82.                                 else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    
83.                                 {
    8 I  y& X* Q3 s' F' B) H8 Y
84.                                         printf("> Receive EOT2...\r\n");
    
85.                                        
    
86.                                         Set_state(TO_RECEIVE_END);                                       
    
87.                                         send_command(ACK);
    
88.                                         send_command(CCC);
    2 ?" k& u& H( {8 c
89.                                 }
    3 w% D, p( o8 Z! J
90.                                 else
    1 `+ s5 b3 ?! g6 |8 j3 `2 t
91.                                 {
    ) l/ t7 L  G, }* T2 v4 y
92.                                         printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    
93.                                 }
    5 i/ v! ?0 F7 k; ~& [( ?
94.                         }break;        
    1 [& M/ |+ }. L6 n: [
95.                 }
    
96.         }
    
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.


/ q3 o9 A! Q% J4. 整体测试
- @: V% j; G* p  _, G; n: t本节主要对前三节的教程做测试验证 BootLoader + App的升级功能。
4 A1 {: ?( |# M4 T0 G5 c4 c( a
( N+ I- V( K) s* p4 F源代码
BootLoader源代码和App1源代码可以在原作者的gitee获取
. p( P! l) P' c
9 t, J! r8 Q0 R0 X/ J- x代码的下载
! w. D/ \/ F; A% U9 q9 j7 _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」。

& y' L: z# X6 }( k4 {! _& {

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)
0 [( y& Z  H# e

0 v" T1 H- `: m, o* z' J
# y) }; T  A. K0 W+ \' y烧录代码
3 e" v( t, M# [8 t: ]+ T运行, 通过串口1打印输出, 会看到以下打印消息
/ t, |3 g5 p0 r; I% {7 h. w说明BootLoader已经成功运行
3 q3 Y* n- ]: _0 J( a

8 R: {% C& G1 K& q8 C% Y

) y. P8 O$ B; |4 L0 d+ CApp1的下载
App1稍微复杂一点, 需要将代码的起始位置设置为0x08005000
% i4 Z# M' `1 @: X/ d( \, @同时也要修改擦除方式为Erase Sectors, 见下图

# b8 c, Y; v8 F0 ^3 \) O' _

9 z5 ?) `, a8 ^4 R) a3 H( n7 ?) |

8 W, @0 Z. c' ?- F: {

7 E/ c' p, O& d: J
$ _, |" A# q% |! k/ q; ?7 e4 V5 M烧录代码
) ^: A2 ^! j  B* x8 H运行, 通过串口1打印输出, 会看到以下打印消息
9 v2 _+ r5 z$ x+ M* G说明BootLoader已经成功跳转到版本号为0.0.1的App1
8 x% i2 F! V1 h% g# @
+ p+ z: o' @4 `  i* N

* {5 R) y5 T3 h7 I
3 i2 Y( o0 I3 x' ]+ g2 `; i生成App2的.bin文件
Keil生成.bin文件
' p4 b* V" S, i1 V8 h
& J- v4 \4 x/ C修改代码, 把版本号改为0.0.2, 并且编译并且生成.bin文件
# S. H( x5 O! h# e. \
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 u. E' w6 C# l" y' y! Q  I/ R

$ g, P- V: c! L2 N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.
: ?9 w: N$ V* {6 |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!

" S0 F8 h1 G1 |7 C) K5 a5. 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.
9 Y7 J- g2 `5 J
转载自： IOT全栈技术
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