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.


! M; ?" {" s% T3 x& y& v9 y0 W1. OTA基础知识
4 i; f  k& [6 g$ E" s2 Y5 e' W5 J0 }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.

" V) B0 X% m  u8 d  n" sSTM32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

  v0 y% m! d1 P( v) N4 A$ N
' u/ [, _. d5 ?  T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:

, K) B- }+ h+ E% i  F0 n
6 [+ |8 [, F" Y+ }
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:
9 \( N* i5 H/ n+ i4 jBootLoader区存放启动代码
App1区存放应用代码
App2区存放暂存的升级代码
  ^$ Z7 {: X& D; Y

  ^  y, R3 U' c) @; t$ Z总体流程图
" q7 X& Y4 m; ]) w& z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.

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 H: g. T* \2 k! A( D5 x

- O/ E/ F: P1 {$ U6 z# p: u4 X

2. BootLoader的编写
, z, t, I) F0 ^( h) M0 X# B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。
" U, M# K) ~% O' T/ P
流程图分析
" F8 f  T! C- L2 u2 [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
+ {1 Z9 I  _) ]! P; F
/ b* M/ N- H4 h7 e# i8 b2 [4 [

( L5 B5 s4 \/ ]8 M
6 z5 h7 c& x0 A- s程序编写和分析
8 v; D* h2 l& @( j: w4 G: Q7 }所需STM32的资源有:
发送USART数据和printf重定向
Flash的读写
0 Y0 t' Z5 E) x/ y# u) C程序跳转指令,可以参考如下代码:
6 k7 \: G: b7 D) z. L

1 ?+ e& |  N' f/ H- N

1. /* 采用汇编设置栈的值 */
   
2. __asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
   
3. {
   6 k' f1 T) C. Z: r) V8 @
4.     MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值
   
5.     BX r14
   
6. }
   
7. 
   + }$ O( m1 M& c' V6 M2 U3 ^
8. 
   5 h7 E2 N" o5 W! k
9. /* 程序跳转函数 */
   
10. typedef void (*Jump_Fun)(void);
    
11. void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
    
12. {
    / o, l, a& d# Q; r  v
13.   Jump_Fun JumpToApp;
    
14. 
    3 Y6 C: \, t1 g* R* ?" Z% C
15.   if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 )  //检查栈顶地址是否合法.
    * ^* ~: b: r  [0 `3 |
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)
    ( Z, Y' U5 Z# c! z5 @+ d$ l; `4 y; 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)
    " z4 X( E8 Z" ?
19.     JumpToApp();                                                //跳转到APP.
    $ |4 G6 W, _% i4 S  j! q6 E
20.   }
    ( B! c# p0 }' w: y! ?
21. }

复制代码

% M7 u; m9 z, f  G2 z. K在需要跳转的地方执行这个函数就可以了IAP_ExecuteApp(Application_1_Addr);
  n  e6 H+ z9 W: r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。

3 \7 D7 {2 u4 m2 ]" h# C
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；
! S9 `4 O3 c/ t) D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：
7 r/ h# S1 ], g) r! Z) B# {3 q
5 y. r- v3 d  g* i

$ w% h5 x4 W1 v, V! i7 a0 g0 D+ c
8 k$ \. T/ @, H0 ~5 u程序编写和分析
所需STM32的资源有:
4 I9 F) ?9 i* N9 |% C( w发送USART数据和printf重定向
Flash的读写
$ |+ I2 n/ Q/ h% x串口的DMA收发
YModem协议相关
2 r: |3 P, M' V2 D% a$ m* xYmodem协议
6 N/ C1 ^0 R& l百度百科[Ymodem协议]
/ X$ R4 L: n& ~; ^# i* }4 \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

+ _( n9 P: t- u+ y代码分析
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.
: B9 w" r2 ]6 \" R主函数添加修改向量表的指令
8 H7 v. U2 F, \; E' |7 p0 f

" z& ^& C2 ]4 E8 n  B6 e* p
打印版本信息以及跳转指令

; b- i) ?0 P+ N
YModem相关的文件接收部分

1. 
   4 d' C% o  v: |
2. /**
   
3. * @bieaf YModem升级
   
4. *
   ' p$ E) q7 h  l% m
5. * @param none
   ) ~8 z3 l  }$ \4 ]! d+ b9 k
6. * @return none
   6 Z, {* i/ \+ B7 ?5 r7 _
7. */
   ; T+ d4 _+ c6 q3 B& c2 D+ R
8. void ymodem_fun(void)
   
9. {
   ( p) v/ L0 R. k4 H$ Y: @+ y
10.         int i;
    ! _( S+ K2 O6 G( r1 L4 Z' M4 l( D
11.         if(Get_state()==TO_START)
    5 _2 L: H5 y9 S4 F
12.         {
    , r6 J$ p5 n* |
13.                 send_command(CCC);
    
14.                 HAL_Delay(1000);
    5 a9 |- w- }$ |/ J4 Y& X2 A
15.         }
    
16.         if(Rx_Flag)            // Receive flag
    - z. n: I8 m% ~, i& r; y
17.         {
    
18.                 Rx_Flag=0;        // clean flag
    
19.                                 
    - C  i) Q; E+ x3 J* V
20.                 /* 拷贝 */
    ' x  B7 X5 m6 w4 `( q
21.                 temp_len = Rx_Len;
    , v/ ~: u8 Q; P$ c- W
22.                 for(i = 0; i < temp_len; i++)
    
23.                 {
      R! A! j9 b! M; v, }
24.                         temp_buf[i] = Rx_Buf[i];
    & }! m: \, x& H' Q
25.                 }
    
26.                
    7 ]' q" U8 l2 g+ Q. u" a! M1 C
27.                 switch(temp_buf[0])
    # n( Q/ X7 G" h5 u/ W, Q; @0 G
28.                 {
    / F. M1 O6 g. Q+ |  ~
29.                         case SOH:///<数据包开始
    * V5 p; i# ^- e6 m) V
30.                         {
    3 l7 s4 B1 v/ _% L) w
31.                                 static unsigned char data_state = 0;
    0 H5 K' c( c5 N
32.                                 static unsigned int app2_size = 0;
    
33.                                 if(Check_CRC(temp_buf, temp_len)==1)///< 通过CRC16校验
    
34.                                 {                                       
    
35.                                         if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始
    
36.                                         {
    # r+ y) ?) @5 h1 R+ F; R7 T
37.                                                 printf("> Receive start...\r\n");
    
38. 
    0 @5 L# @/ V4 Q& Y  V1 ]
39.                                                 Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
    
40.                                                 data_state = 0x01;                                                
    
41.                                                 send_command(ACK);
    
42.                                                 send_command(CCC);
    
43. 
    / w2 c8 ~* R5 g
44.                                                 /* 擦除App2 */                                                        
    
45.                                                 Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    0 C7 M7 |. K7 W6 d- D1 G
46.                                         }
    
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");
    
50. 
    ; R: t, D" P& T$ n, Y1 V
51.                                                 Set_Update_Down();                                                
    5 ?/ P! @  T/ l1 Z: b
52.                                                 Set_state(TO_START);
    , R; ?2 e) H1 A1 g$ h& @* v
53.                                                 send_command(ACK);
    8 q5 ?- O5 K+ b5 j; S' W
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
    
57.                                         {
    ( i! ?* ^+ |# J! O) w$ g0 S% {
58.                                                 printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    5 \! t& j' `; g. S3 ?4 V+ d
59.                                                 
    
60.                                                 /* 烧录程序 */
    3 Q0 x. I) L; |. C5 u5 o
61.                                                 WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
    - [6 z1 E( S6 b5 y! F* b) o6 k
62.                                                 data_state++;
    
63.                                                 
    ! |5 N; n. t8 l' Z8 |+ Z# ^
64.                                                 send_command(ACK);               
    
65.                                         }
    
66.                                 }
    - E* c, s# z9 s& l9 e2 R
67.                                 else
    
68.                                 {
    
69.                                         printf("> Notpass crc\r\n");
    
70.                                 }
    : ~8 t( u0 j/ `3 `7 b) |
71.                                 
    
72.                         }break;
    
73.                         case EOT://数据包开始
    % j0 D6 W+ {, @  K, P
74.                         {
    
75.                                 if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    
76.                                 {
    
77.                                         printf("> Receive EOT1...\r\n");
    2 B- B' y* r4 n" M$ y
78.                                        
    
79.                                         Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                                       
    
80.                                         send_command(NACK);
    
81.                                 }
    , g# i+ b* _* s& W# M
82.                                 else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    1 r+ x1 @- p3 ^# t
83.                                 {
    4 L! N- e# Y3 n" _! d# i% \4 t
84.                                         printf("> Receive EOT2...\r\n");
    % J, V1 ?% S% P: n% f* S8 \* i" i
85.                                        
    0 i/ k2 ?. W: o
86.                                         Set_state(TO_RECEIVE_END);                                       
    3 n8 T# T) J3 h, @- z
87.                                         send_command(ACK);
    
88.                                         send_command(CCC);
    
89.                                 }
    2 B+ K4 v% N. J
90.                                 else
    
91.                                 {
    
92.                                         printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    ) I# W% d6 T# u- b
93.                                 }
    
94.                         }break;        
    - d. Q* J2 T! P2 e
95.                 }
    
96.         }
    - C8 N' c; R+ _* L
97. }

复制代码

1 x$ A6 p5 J6 T- g. p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.
5 V. O7 B# a# q; v
/ \7 N- I; D4 D, ]* S4 \0 Y
4. 整体测试
. H# V& L' Z& `2 m3 ^- H2 q本节主要对前三节的教程做测试验证 BootLoader + App的升级功能。
. k1 @2 m  @: d7 A
+ M4 x. y5 j" G) C( I/ Z0 R/ {源代码
* Y$ X, `; G( i# W+ uBootLoader源代码和App1源代码可以在原作者的gitee获取
3 A) |0 y& z9 {4 R, G
& \* z% {# z! S8 @( Y' U3 V& \4 }% m代码的下载
& H7 A* K0 }* \/ N8 ?6 A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」。

1 E1 U) D+ k4 H2 X# Y  E4 i

/ B# L2 i# b* D
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)
- r  M4 M$ s* u. }; c' y" L3 T

1 f9 W' G+ R6 ^; q7 N- t

# `; F& p& k! B' G7 \( x" t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已经成功运行

1 H9 i9 e" u' M$ a$ i# A  a& F- }

8 ^. ]& G1 @: |App1的下载
App1稍微复杂一点, 需要将代码的起始位置设置为0x08005000
7 n( M/ y4 K; @# s同时也要修改擦除方式为Erase Sectors, 见下图
) n8 j, l) n& H  f" p5 ]% z  l

- U2 ^% f9 ]0 o. n
烧录代码
* L( a. f: d5 W" m( ~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

3 u! O+ [; P, F& [. i+ t* X

: y6 e/ B! a- z( k
7 U7 ~% p# d* N& C生成App2的.bin文件
Keil生成.bin文件
! M8 {$ U9 ~( E; x) |
修改代码, 把版本号改为0.0.2, 并且编译并且生成.bin文件

/ U7 i) r2 F2 A5 ]* j) l, t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
+ W, d: r, @7 o& J8 m7 Q& z' k
5 y, j( {1 ?; H6 }

2 X( |- x6 `1 p% x% ~

2 }7 s* a7 [3 L% m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
! ~6 E! z! i7 F9 ?* x# H: k0 y  l3 {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.
如果你到了这一步.
( u5 ~' t& b6 n8 S( |" y那么恭喜你! 你已经能够使用在线升级了!

5. 总结
; j# B: C+ ~7 c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.

" S$ C' `4 P7 @' x. E. K9 M+ n转载自： IOT全栈技术
如有侵权请联系删除
+ o: t9 v& D( O! e9 Y" Y