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.

' z# P7 d% }# N
' f" @+ U$ y# i0 y1. OTA基础知识
% ]( W: h1 L8 A$ h) R& d* l' {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.

5 x4 z4 n, q* aSTM32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

接下来就可以进入正题了.

1 p# j8 G# v* S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:
, E( h# c1 {; {/ P/ W5 E
% `9 O$ U2 N8 P% ~: j2 A4 r7 K) K

7 d; B' b  ~; p* D) S; i* Z  B3 W

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:
. P2 N  A: j. U1 C5 dBootLoader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

总体流程图
7 E& K) Q* @# [7 d- m9 ~! f& i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.

7 \- g: ?  L/ ]  J$ |' r$ i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:

  V: [  P4 s) Q$ x' n8 T- ]* f/ C

, z8 Y7 @; i' K+ r3 Y5 ~, c, z2. 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。
0 O$ h) Q  v' f5 W) H" K
8 n* E; o2 P4 a  z& U7 e3 ~流程图分析
以我例程的BootLoader为例：
4 W% G( z  S% v- m2 X8 \  X8 H% A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
) j+ L+ v7 \7 ~$ n( W, S- C

9 I* l, U) C: d0 G" r* n0 T2 b$ k
$ h% D/ c! b9 \$ l+ s( h1 _; |程序编写和分析
所需STM32的资源有:
发送USART数据和printf重定向
) \. y" G3 w2 u' |8 F  `- F! b$ I0 eFlash的读写
程序跳转指令,可以参考如下代码:
, @% C6 i8 c3 I

+ Z/ C0 o2 _" r$ d: Q

1. /* 采用汇编设置栈的值 */
   ! |1 P5 y" `: P% J2 q/ v$ t
2. __asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
   3 j' Z5 ?$ U' m2 w
3. {
   
4.     MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值
   
5.     BX r14
   
6. }
   
7. 
   
8. 
   . j7 W7 I! g0 v# k% O
9. /* 程序跳转函数 */
   
10. typedef void (*Jump_Fun)(void);
    
11. void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
    
12. {
    
13.   Jump_Fun JumpToApp;
    
14. 
    7 W* p- k) e7 \5 N: t6 g" D$ n4 s
15.   if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 )  //检查栈顶地址是否合法.
    # f3 a; O$ N' d9 j/ O
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)
    . E- }( T; R2 O. r
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.   }
      q. f- y4 r* S) \, n. S: {1 L/ u% s7 k
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
" {: I2 a7 t" y* k1 \( R! ]0 P1 f6 W
3. APP的编写
$ H6 G  D! }+ j8 g, J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。


+ k+ v" _& G8 f+ ]/ {2 z* L- W流程图分析
6 O) f2 v% ^8 T$ Q, j( S以我例程的App1为例：
% q, l/ e' j/ l0 Z8 R* e, x" D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；
% q  o# E! j$ A! v& t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：
' a- |8 J- Y( L

5 ~6 n5 a( }: r. \+ O2 R/ s程序编写和分析
所需STM32的资源有:
- c5 O. ]7 s3 A+ w0 M4 V  s发送USART数据和printf重定向
Flash的读写
! W5 `0 Q$ i/ S! Q串口的DMA收发
4 m( G) `' A* S- ^& h4 S+ ]- }YModem协议相关
Ymodem协议
' a; w: T9 n6 }, N0 M% L2 m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
5 O: ^* [( T, N% [
# V' D2 Z; V8 S4 |. {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.
2 q) i& e2 H' P+ ^' o主函数添加修改向量表的指令
4 H* E" p1 ~) Q4 o# ?% k

5 A2 Q) A: J2 T( B; ~打印版本信息以及跳转指令
* h+ V. f1 u7 A5 O  O

4 m* M7 v8 i& N3 c7 D  ^
1 v( k* F& e' l: Y' VYModem相关的文件接收部分

1. 
   * {, v+ M) d6 r  f% e
2. /**
   + C/ \# s: P* s
3. * @bieaf YModem升级
   $ }7 n, l* c  D
4. *
   
5. * @param none
   6 g% Q1 G2 i  F0 @* l: c" |
6. * @return none
   
7. */
   
8. void ymodem_fun(void)
   7 j1 P# Z; }8 y, ?  J- b& J
9. {
   4 _, p  T5 e5 N9 [( e
10.         int i;
    
11.         if(Get_state()==TO_START)
    
12.         {
    
13.                 send_command(CCC);
    
14.                 HAL_Delay(1000);
    
15.         }
    , }4 ~! p" P, m4 O
16.         if(Rx_Flag)            // Receive flag
    
17.         {
    # g: _# t4 T2 A4 q3 U6 R
18.                 Rx_Flag=0;        // clean flag
    
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.                 }
    ' ]/ X5 c6 b* c1 N
26.                
    
27.                 switch(temp_buf[0])
    
28.                 {
    
29.                         case SOH:///<数据包开始
    
30.                         {
    - j% ^4 d' ]& q$ D" R2 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
    . J& d. \/ t8 c; D0 g
34.                                 {                                       
    ( E" Y$ y0 l5 Z; x/ X1 s' `7 D
35.                                         if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始
    
36.                                         {
    ; e% @5 u2 O& c7 [2 l
37.                                                 printf("> Receive start...\r\n");
    
38. 
    
39.                                                 Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
    
40.                                                 data_state = 0x01;                                                
    9 {( p) Y: A4 J+ R
41.                                                 send_command(ACK);
    + A9 ?: Q. q. H( A  |6 D' x' }4 W
42.                                                 send_command(CCC);
    
43. 
    
44.                                                 /* 擦除App2 */                                                        
    % b* `, e* x& V( v( p
45.                                                 Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    
46.                                         }
    $ n% K9 R, j1 n& Z$ B
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. 
    . Q. z/ s5 [# U- H1 u' \
51.                                                 Set_Update_Down();                                                
    
52.                                                 Set_state(TO_START);
    
53.                                                 send_command(ACK);
    
54.                                                 HAL_NVIC_SystemReset();
    
55.                                         }                                       
    - A0 j4 Q1 z0 E2 r. B
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
    ( N# K$ o; W- w# P: U: i
57.                                         {
    
58.                                                 printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    " }6 \. q) A4 }! R* b4 U, t# N9 N/ z
59.                                                 
    
60.                                                 /* 烧录程序 */
    
61.                                                 WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
    
62.                                                 data_state++;
    
63.                                                 
    
64.                                                 send_command(ACK);               
    ) B+ j. \5 v; `+ c' W3 D6 w% }
65.                                         }
    7 t8 e- ]# s" K. @( s
66.                                 }
    ! Q+ l' n% j* t9 Q, n) `
67.                                 else
    / ^9 G) p/ e5 M% N
68.                                 {
    
69.                                         printf("> Notpass crc\r\n");
    : `9 j( J8 L1 W( X8 N: @
70.                                 }
    
71.                                 
    . N  t; P6 Z/ s* J/ e
72.                         }break;
    # W" o' E6 l) m$ U
73.                         case EOT://数据包开始
    
74.                         {
    7 F: e) e0 j% f. }6 q' w
75.                                 if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    , R8 O6 G- K# _7 c* [$ S
76.                                 {
    
77.                                         printf("> Receive EOT1...\r\n");
    : U, `& Y% K% d# }0 n# v* J
78.                                        
    9 _5 g9 ^5 \* u
79.                                         Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                                       
    
80.                                         send_command(NACK);
    4 z& c( t' T3 \: o" v. W. E1 V
81.                                 }
    " F! i, X) G8 L0 \& f
82.                                 else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    
83.                                 {
    
84.                                         printf("> Receive EOT2...\r\n");
    , X( H9 K% Y  [- q" O# t
85.                                        
    / \  D  q/ R+ ~( ~
86.                                         Set_state(TO_RECEIVE_END);                                       
    
87.                                         send_command(ACK);
    
88.                                         send_command(CCC);
    
89.                                 }
    
90.                                 else
    
91.                                 {
    
92.                                         printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    ' L" n# T) d* o' R; E* n
93.                                 }
    - h" G- |. |4 K4 x1 k8 Z
94.                         }break;        
    $ w. x0 ~' M# z
95.                 }
    & K2 C: k; M6 G, o
96.         }
    + r2 p( T. H: D" B" ?' `. N
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.
" v# W& }& f2 Q  U: R  U& x
8 E  Q. S) q0 u* X0 u& J
  |) E: i6 R4 Z2 H' ~$ s% n6 u4. 整体测试
, v8 q$ D! l& @9 [1 M( `本节主要对前三节的教程做测试验证 BootLoader + App的升级功能。
& o0 }% r6 s7 s. `. W% W
源代码
& c2 I4 @  d; i4 NBootLoader源代码和App1源代码可以在原作者的gitee获取

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」。

( a9 M+ v$ c' c

* ^% A6 M! x, d) g, F1 a5 c" M* R
5 b; S" L* f/ p* @" ]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)

2 j# J$ X8 z9 }& O+ s" o

% y, f& O1 W0 L$ W" ^8 ?
烧录代码
% }: o/ u" Z5 B+ w* e5 o& d运行, 通过串口1打印输出, 会看到以下打印消息
! R* ^4 S0 ^. c4 d6 a# X说明BootLoader已经成功运行

" q5 }0 Y, S1 C* G

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
+ V1 P. K$ v3 j1 m4 X+ Y同时也要修改擦除方式为Erase Sectors, 见下图

; V6 @; b/ R6 V9 }

/ ^) n! C5 R9 a' J- c

) p4 c9 V  o$ Z. J& I% |+ ~% s3 F

8 P/ b! S: L8 T, J
2 \- q' s8 O3 Y" l烧录代码
运行, 通过串口1打印输出, 会看到以下打印消息
4 b" _  X! W# H9 t7 j说明BootLoader已经成功跳转到版本号为0.0.1的App1

/ \5 }, E" S& R9 `+ q; `+ T! {

( }. }$ @4 n& `5 r2 e9 t$ t: e
7 B- e9 e/ o' r: [  _$ i$ r& ~生成App2的.bin文件
2 J& C/ T" t( C9 M3 iKeil生成.bin文件

) u( V2 X7 ^+ X3 a修改代码, 把版本号改为0.0.2, 并且编译并且生成.bin文件
8 ~+ e. D. P0 _! r; e
, D( u# m2 \5 q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

# C% s# R0 D5 I5 p7 q) \使用Xshell进行文件传输
打开Xshell
/ j" ]' O  j9 e$ ]; P4 Z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: |5 p, \, c( S/ k) g$ n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 o! B3 R- T7 h9 o1 h: \如果你到了这一步.
* F0 o7 O3 ~; D& ~7 D9 {那么恭喜你! 你已经能够使用在线升级了!
. b  T2 B% a# i) ?& p/ S
5. 总结
) W' C; i9 W, c/ Y0 T2 V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.

5 N/ W# }( s% [4 K  Z转载自： IOT全栈技术
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你好，有程序源码或者链接吗