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.
$ \2 _8 ^; E4 @; h& u8 X
5 k, j! N/ M( j- S5 Y
- F$ v' E* Z6 U8 b8 G2 _( o1. OTA基础知识
* b* v7 w7 q9 f; y7 z什么是BootLoader?
1 k& X/ {% D0 ]* v8 H+ a0 ]4 e+ MBootLoader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.

STM32中的程序在哪儿?
5 H. J) B) N, c" R: f1 ~, k5 H, W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

4 r. [& v- c% A+ k, T- }$ n
$ K* K2 k8 `  z$ w3 w* Q接下来就可以进入正题了.
0 }1 G+ q8 X, @$ `3 n2 o- o
进行分区
4 _+ f. E& P: D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:

' n3 R6 I. z7 W. K9 E9 r' E, E
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
' _3 ?: b( u* c: \App1区存放应用代码
App2区存放暂存的升级代码
$ E0 Q: y8 W7 R/ i" r

; u6 u9 U8 b, D" m7 L
' ?+ N, C" u5 E7 ]总体流程图
' O" B: Z" g7 I& n" q+ g+ B7 O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.
4 t3 i' e' Y) Q5 I, E+ D
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:

( o1 L, D3 e5 p+ z

3 ?( x3 l& J# ]0 x8 i3 b) J

; Z4 V; t% [# L6 Y2. 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
2 D! O* u! x) w, I+ u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
' E  H1 B- g2 M; c, ^( a; ^

! ?: U( G+ Z, s/ B6 e  y5 R$ T
! C" T0 W! m( M2 A程序编写和分析
所需STM32的资源有:
" p% n: N4 s, A( g; y* P2 v- w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:
( D! @- p) _) Z

  v7 C2 A8 W5 o: F2 G) X4 Z

1. /* 采用汇编设置栈的值 */
   
2. __asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
   
3. {
   . v( x- I' q% U
4.     MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值
   
5.     BX r14
   
6. }
   7 Y1 V" j3 C' G7 U! v$ \
7. 
   
8. 
   
9. /* 程序跳转函数 */
   
10. typedef void (*Jump_Fun)(void);
    " j  X. Y; S- w. G# n5 I0 d
11. void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
    ( ]$ [5 [8 B) l" o
12. {
    
13.   Jump_Fun JumpToApp;
    # E4 K2 H2 P4 c. w
14. 
    + F/ p* _2 |1 S) a
15.   if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 )  //检查栈顶地址是否合法.
    ' H# d& Q: N, T  u
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)
    : F0 |2 B0 ]2 s# V
19.     JumpToApp();                                                //跳转到APP.
    ) c. \) N+ g/ G! A/ ^( q; G8 T
20.   }
    
21. }

复制代码

$ p3 f( p9 }) l& c" Y* b在需要跳转的地方执行这个函数就可以了IAP_ExecuteApp(Application_1_Addr);
. h/ F1 b* Q+ u) g8 x其他的代码请参考BootLoader源代码
+ F" v; w$ L# W- E$ I
3. APP的编写
* a7 \" D0 ~/ i* U0 e  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。
- @* o+ O! C- c+ P. r% @

$ z- G# E: N: j流程图分析
$ e6 K3 C* i9 u( D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；
打印版本信息, 方便查看不同的App版本；
+ q& Q! B! D# L- v9 g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：
+ ~% m- {3 [7 Q- R2 m) G+ \8 S, E

  c+ g& c9 n' G" k1 H) p程序编写和分析
+ Q( t/ l" N8 M- V9 f# c所需STM32的资源有:
% w- D8 N8 u- N; u9 n发送USART数据和printf重定向
1 k, B( w6 @: H. q2 U; OFlash的读写
串口的DMA收发
) B1 }* m9 c; zYModem协议相关
Ymodem协议
0 U2 ?1 N7 b: [% q百度百科[Ymodem协议]
  |1 m4 q+ A. Z4 S/ |! t7 Q; m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).
% `! U: g+ h  R( SYmodem协议相关介绍可参考我的这篇教程 YModem介绍
7 V8 U( n4 w$ W( o& P+ {0 c+ v
% @1 k# L# _0 |& s, L' R6 U9 v  w3 T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
% F3 O2 B" b1 H- e& K3 X6 _( ^" S( p. U后面放了我的源代码, 详情请参考我的源代码.
( q; u5 n- o3 Z$ a5 n主函数添加修改向量表的指令

+ m- u, A, C5 r0 G. _2 {1 e! M

7 B9 ^1 ^* }6 }, m* Y打印版本信息以及跳转指令

& T2 h8 ~& b3 @. j4 X

YModem相关的文件接收部分

1. 
   $ W8 p2 {% n  `7 d8 Y
2. /**
   
3. * @bieaf YModem升级
   ' o* T+ d- U/ u5 F# F
4. *
     M! X( x) c* ]3 u+ H
5. * @param none
   ; W- l/ c% O5 d) m7 E  O. K
6. * @return none
   $ t" ]$ V+ U6 y( y6 E
7. */
   7 Z9 M0 h3 J( t# N) x
8. void ymodem_fun(void)
   ) F- @) g$ w0 `
9. {
   
10.         int i;
    ' |- b" s4 }8 m1 v& a
11.         if(Get_state()==TO_START)
    " `& b5 X% @2 @7 m
12.         {
    
13.                 send_command(CCC);
    
14.                 HAL_Delay(1000);
    
15.         }
    
16.         if(Rx_Flag)            // Receive flag
    + W/ z" |# B# e! R  a
17.         {
    . S' E% E" S7 s* m" F, D7 f+ F
18.                 Rx_Flag=0;        // clean flag
    , v8 N7 D+ B! a5 M7 \2 n6 F5 `) I
19.                                 
    
20.                 /* 拷贝 */
    
21.                 temp_len = Rx_Len;
    
22.                 for(i = 0; i < temp_len; i++)
    5 Z6 P% o' {- q7 b, Y5 O
23.                 {
    2 J) ~, L) y# D8 T) y
24.                         temp_buf[i] = Rx_Buf[i];
    5 f9 D) P4 p, ]' a" _1 W
25.                 }
    + e. ?  f4 n. b1 l: ?4 S5 j3 j) Z
26.                
    7 x7 Y( }# @' R; B, t  q! E
27.                 switch(temp_buf[0])
    3 i9 g7 [% d- r+ B0 u% I; P  _6 Z$ P
28.                 {
    2 [0 {5 |8 {: N; y. u! N
29.                         case SOH:///<数据包开始
    2 }( i3 v, N' G0 P7 C( z" ]3 |4 ]
30.                         {
    
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
    
34.                                 {                                       
    ) r/ H4 \9 @/ \7 ^& ~1 h0 p
35.                                         if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始
    
36.                                         {
    & T7 g1 I! r  h0 i! m6 i" Y" ]5 Y
37.                                                 printf("> Receive start...\r\n");
    
38. 
    
39.                                                 Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
    
40.                                                 data_state = 0x01;                                                
    9 `% R' x0 t1 s5 b% E6 T; o: Q$ Q
41.                                                 send_command(ACK);
    3 o- C5 r. ?& Z5 E2 \9 M
42.                                                 send_command(CCC);
    
43. 
    
44.                                                 /* 擦除App2 */                                                        
    
45.                                                 Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    4 {% {3 R; K$ _9 z
46.                                         }
    
47.                                         else if((Get_state()==TO_RECEIVE_END)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 结束
    + |8 x1 S3 u/ `! p5 H$ h
48.                                         {
    % e" d) l" a6 T/ P  c
49.                                                 printf("> Receive end...\r\n");
    
50. 
    
51.                                                 Set_Update_Down();                                                
    
52.                                                 Set_state(TO_START);
    
53.                                                 send_command(ACK);
    2 C; K2 \6 [7 H4 _% T4 p2 S
54.                                                 HAL_NVIC_SystemReset();
    3 `, ^2 a8 o# o6 |: v
55.                                         }                                       
    2 H5 s& }7 Y* o# p
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
    1 ]  m" ]' {" R6 k' Z4 Y. ~
57.                                         {
    
58.                                                 printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    
59.                                                 
    
60.                                                 /* 烧录程序 */
    
61.                                                 WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
    7 ~/ u  H3 V% P! ]5 y5 O( f4 J
62.                                                 data_state++;
    ! A! N8 y/ u: a9 q$ i& Y' v
63.                                                 
    
64.                                                 send_command(ACK);               
    & H! O" u9 ?. w& w
65.                                         }
    
66.                                 }
    8 Z5 f; e) P1 C3 m& Q
67.                                 else
    9 w' G3 F& ?' X4 a5 J# U
68.                                 {
    ! p& y8 ?# R6 U- T. u+ l. S
69.                                         printf("> Notpass crc\r\n");
    
70.                                 }
    + o+ m3 z) F; J9 g
71.                                 
    
72.                         }break;
    
73.                         case EOT://数据包开始
    " J3 M: d5 ?, s: H/ S
74.                         {
    
75.                                 if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    + U4 W6 q( L; l3 F! ?* \2 O
76.                                 {
    
77.                                         printf("> Receive EOT1...\r\n");
    4 `" C$ L( P( w4 s
78.                                        
    
79.                                         Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                                       
    
80.                                         send_command(NACK);
    
81.                                 }
    
82.                                 else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    
83.                                 {
    ) j- r! a, A/ r9 i3 |4 h# N
84.                                         printf("> Receive EOT2...\r\n");
    
85.                                        
    
86.                                         Set_state(TO_RECEIVE_END);                                       
    2 U9 {) z- r- ]& m* ]
87.                                         send_command(ACK);
    ! E3 N' U* J+ l. C
88.                                         send_command(CCC);
    
89.                                 }
    0 R1 F* S/ ]8 W3 X- N; i/ L8 @
90.                                 else
    
91.                                 {
    
92.                                         printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    
93.                                 }
    
94.                         }break;        
    & X+ K. p, c; r) \' S
95.                 }
    - X# B3 ^8 D0 d! C+ ?  N
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.

! x! ^0 r+ T8 N8 w1 k9 |# ^
, W8 }0 F2 {* [4. 整体测试
9 _/ A) k" i1 X- q% T/ M0 U本节主要对前三节的教程做测试验证 BootLoader + App的升级功能。
2 F# d, [1 j. z( b5 E! x" o
8 E+ u% X4 x7 V# }4 \, t- u3 `$ M% s源代码
BootLoader源代码和App1源代码可以在原作者的gitee获取
0 U& r4 {( v7 G/ B8 `
2 u) s3 \4 p# U代码的下载
5 p8 c- f& u( q* R; G* E- K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」。
( q4 V9 P3 w8 {# {$ F3 w
" V% B, _% w. q1 p4 l: O0 t/ C

% \% ?% w/ O3 x1 _  V2 I
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
$ Z; h# S; u* T* [0 Y7 z  I) Q按照下图, 修改擦除方式为Erase Sectors, 大小限制在0X5000(20K)
* q9 {& C7 b  Y' r! W# p( Z

  }0 w. }- }8 }$ E
烧录代码
运行, 通过串口1打印输出, 会看到以下打印消息
5 G! [8 @: J; r* E  {说明BootLoader已经成功运行

, O1 r. C# G' e5 L$ K" P4 y" ]

1 m* ~# o8 i, F+ l1 i

/ T; Z/ Q$ s5 ~. P  M4 j& bApp1的下载
App1稍微复杂一点, 需要将代码的起始位置设置为0x08005000
3 j/ e/ V1 C8 R1 S: r$ s* u同时也要修改擦除方式为Erase Sectors, 见下图
5 A" ?2 G+ `0 L9 g/ n1 x9 F

9 j* ^6 U& ?) [  y/ ?

) E5 v0 C& i$ x- b3 b, R

2 C8 H# ~1 }& G1 g! w

4 i- T8 O9 T  n! D. |4 J3 Y6 C
烧录代码
) B5 _$ k* f$ X- G* i9 j运行, 通过串口1打印输出, 会看到以下打印消息
7 J; ]1 U3 J) A2 Z3 N) `9 B3 R说明BootLoader已经成功跳转到版本号为0.0.1的App1
6 t/ ?5 |9 E/ V2 C3 D' t
1 I. w/ ^& e- r! b+ g0 a

+ p6 r8 n& m0 D  X- S
生成App2的.bin文件
Keil生成.bin文件
4 w! o4 C; w! W* g
0 I! r! h' v& O3 i$ W& y$ _修改代码, 把版本号改为0.0.2, 并且编译并且生成.bin文件

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 d# ^+ b, `+ u1 [" e) m, a
9 n  [1 @' r2 ~7 e7 H. n

/ E  H" h& s5 z
% Y' Y$ }6 `) A! X8 j, Y" l/ B使用Xshell进行文件传输
$ u; ]& s2 ^  u) ]打开Xshell
' `! \, j- w% x2 _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.
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!

5. 总结
+ y2 b& J9 ^. W5 q. w+ X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.

转载自： IOT全栈技术
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