简介
/ k* ^/ l& C! W+ E% a& \6 \8 h+ i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.


1. OTA基础知识
什么是BootLoader?
' Y3 @- l. q. JBootLoader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.
, R) _; Q/ d! a
8 L4 U( B  O9 d. ]/ Y8 zSTM32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
* z: F: a# r" u: j
& |6 D" {7 c) c) v: ^4 s

接下来就可以进入正题了.

, d5 W  D9 ?8 {/ [5 ?, u. o进行分区
4 O/ a0 w) n9 I0 I6 ?0 ~* ]# e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:
$ f9 J! Z1 ~- M$ F; Y
! Z! A9 A. r& {1 y- 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:
: i5 I- N: Y. k/ aBootLoader区存放启动代码
( u8 N+ Y, H5 v$ ]0 r' CApp1区存放应用代码
$ f5 P% s5 s% S1 v! O& B! ]$ AApp2区存放暂存的升级代码
3 K# b% F  V: d' l
' ^! y! |5 ]9 D( K" E" y* d9 x

4 I4 k4 B! ^" r: j' Y; @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.
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.
3 C. e3 G6 R7 c5 c* ~+ A2 k* v3 F
; G0 T. m3 ~% L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+ o; i7 b/ M5 ~+ A
% L" O9 U7 Q9 i8 {  x# y- c7 T" h

/ A8 E8 Z2 |6 H3 l- y3 ?) |* z; z

- K8 m8 l9 d7 u% W
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
, ~/ v4 S! P( W* }6 p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

, G$ M1 E8 O1 @9 `

; t% E$ I6 A2 @# G% R
% Y' M" m9 i- l  _) u0 w) w; @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 W( u$ A; t7 T0 f7 b3 ZFlash的读写
程序跳转指令,可以参考如下代码:
; {1 }' n* m$ K2 F/ ?
; @' |, h+ _2 S5 [- x9 c
  ?; Z& ?8 @/ V5 C. Z1 ~

1. /* 采用汇编设置栈的值 */
   9 i( S# s% W' q9 N1 P9 B% v
2. __asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
   
3. {
   - ]% Q) E9 J: e, v
4.     MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值
   
5.     BX r14
   
6. }
   
7. 
   
8. 
   
9. /* 程序跳转函数 */
   
10. typedef void (*Jump_Fun)(void);
    " t$ l& k) ^# ~) L
11. void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
      a7 Y9 |- @1 C7 Z3 v3 K
12. {
    1 [1 _$ y1 b) A  t  I' v0 M
13.   Jump_Fun JumpToApp;
    
14. 
    , F# ~; U$ y4 L! Y! q) \
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)
    ( L) V7 u% v* k0 }0 v/ R& b0 q
19.     JumpToApp();                                                //跳转到APP.
    5 r$ g3 M1 v: v* M& y
20.   }
    $ Q( l' f3 r7 Y3 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);
其他的代码请参考BootLoader源代码
' D4 F# g2 b: D3 W9 ^
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。

! y% z; B" u  o( G
流程图分析
以我例程的App1为例：
) v3 B9 c3 N* ?0 }) d, X) ]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；
& I3 {7 A& R; d# Z" h) W* a打印版本信息, 方便查看不同的App版本；
6 a# A- l+ ~/ L# p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：
  @! r$ J4 c3 ]" F) W; i3 f

程序编写和分析
所需STM32的资源有:
5 B: P* S5 K7 ^# B# k. O( X发送USART数据和printf重定向
Flash的读写
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

代码分析
6 u! A% X# T+ W5 r& T# ~9 M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.
1 F2 m- [& M& o# c主函数添加修改向量表的指令
% A+ C' G0 l4 f1 t5 {5 v
& r0 W( y: G/ U# a

打印版本信息以及跳转指令
9 T; h, w" \2 J2 {0 U6 e

9 e; M1 [* ^% Z2 [
YModem相关的文件接收部分

1. 
   
2. /**
   
3. * @bieaf YModem升级
   
4. *
   
5. * @param none
   
6. * @return none
   
7. */
   : I/ ~" ^, ?, O/ W; N; R2 h
8. void ymodem_fun(void)
   
9. {
   
10.         int i;
    , n# d3 j$ i5 w; @
11.         if(Get_state()==TO_START)
    6 P0 E; X* h/ s2 v9 w) f
12.         {
    1 ^3 O. d2 _0 c0 ]6 _; F; T: P3 X4 W
13.                 send_command(CCC);
    
14.                 HAL_Delay(1000);
    , x; i& ]1 A! M
15.         }
    # a7 ?' }) [5 g/ ~7 D0 ^# O7 i$ s
16.         if(Rx_Flag)            // Receive flag
    8 _# P% F7 Z2 M6 K: E3 K
17.         {
    ' U" w+ Z. Q6 P+ i* u6 l! [# b
18.                 Rx_Flag=0;        // clean flag
    
19.                                 
    
20.                 /* 拷贝 */
    
21.                 temp_len = Rx_Len;
    3 ?5 I- O3 C, y- B2 h5 f
22.                 for(i = 0; i < temp_len; i++)
    
23.                 {
    ( H$ z1 h3 t0 m
24.                         temp_buf[i] = Rx_Buf[i];
    ' ]% B+ L+ Y- O# R0 L
25.                 }
    
26.                
    
27.                 switch(temp_buf[0])
    
28.                 {
    
29.                         case SOH:///<数据包开始
    ; Y" @) z6 F0 l3 J% n0 M+ c( Q* X" d
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.                                 {                                       
    
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");
    : p% Y# c; z7 j" V0 U' g  [
38. 
    
39.                                                 Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
    " x5 H+ k( [/ K; a- m4 G# H) u" z
40.                                                 data_state = 0x01;                                                
    
41.                                                 send_command(ACK);
    , `: _3 g" d# V( d8 r, D; Q2 e
42.                                                 send_command(CCC);
    - b9 [- m0 L# l' q- r
43. 
    
44.                                                 /* 擦除App2 */                                                        
    0 k: K3 a6 `& x: i6 f
45.                                                 Erase_page(Application_2_Addr, 40);
    
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. 
    4 b7 V- m/ }- E
51.                                                 Set_Update_Down();                                                
    
52.                                                 Set_state(TO_START);
    7 G  _2 t- g. g4 Z$ v
53.                                                 send_command(ACK);
    
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.                                         {
    
58.                                                 printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
    " V0 z% g4 J5 r  \
59.                                                 
    
60.                                                 /* 烧录程序 */
    ' ^: g# U3 Q+ t
61.                                                 WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
    $ p6 X& l) S# |
62.                                                 data_state++;
    
63.                                                 
    3 O3 Z& z' |3 b1 K" ^9 f1 r" q
64.                                                 send_command(ACK);               
    
65.                                         }
    
66.                                 }
    
67.                                 else
    # j; g$ C0 X, Y
68.                                 {
    2 a9 O# g7 J5 T2 @7 n& g
69.                                         printf("> Notpass crc\r\n");
    6 e0 o# \8 [2 E6 C# d* [& W
70.                                 }
      H0 @& Z# j0 N0 G1 ?6 n
71.                                 
    & V$ d/ a7 i4 Y; l- J( n7 R& [
72.                         }break;
    
73.                         case EOT://数据包开始
    . }9 _+ I9 ~2 U' w
74.                         {
    
75.                                 if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
    : f. B. F% C* M: A) Z/ U
76.                                 {
    
77.                                         printf("> Receive EOT1...\r\n");
    1 b% c. L. {+ o$ K3 ~4 }
78.                                        
    
79.                                         Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                                       
    # D! l4 o8 W4 ^. @' L( H
80.                                         send_command(NACK);
    . p0 P6 ~4 x% u8 h
81.                                 }
    
82.                                 else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
    ' w$ B2 k7 H$ P, _  h. R
83.                                 {
    . [3 G0 M# D8 q
84.                                         printf("> Receive EOT2...\r\n");
    * n1 `; V3 ^' y0 W2 `3 _$ e
85.                                        
      ]. v5 ?5 i* m8 A& H/ \
86.                                         Set_state(TO_RECEIVE_END);                                       
    
87.                                         send_command(ACK);
    / a: e, V. X8 R7 t, i
88.                                         send_command(CCC);
    5 {) ^; @1 Y, j- l8 O" F* ]
89.                                 }
    : o7 q2 D1 |8 r( {/ a5 y! s1 }& \* _
90.                                 else
    * Z: {; e& ?5 B  d/ S. G
91.                                 {
    3 \0 \: h4 e: G& B9 @7 |
92.                                         printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
    
93.                                 }
    0 }- k# g2 E% A2 X- M4 n( [
94.                         }break;        
    
95.                 }
    
96.         }
    * `6 m) |. x  V2 s% y5 E
97. }

复制代码

6 G( W1 d+ ]+ W4 {. ?7 `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 n# y& d1 x, M8 p( G0 Z2 S. [, w

5 X& _. N. u( r' V( L; c4. 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。

9 o1 N0 _+ {: s, M* ^源代码
. x' N; w; s1 r, W5 H+ L3 ?; d# bBootLoader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」。

  l$ @8 G* ]2 I* y, L' o

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)
- y" ~1 N" n1 G2 w9 m

$ X9 k8 ?3 U- p+ H, o

  k% T, _  h* M8 h8 }9 a+ ?+ n
# m9 o- o, c( z, G* q5 r; A烧录代码
+ Z( u. T& t- k2 y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
4 h- `/ ~; s, H
  m  D+ i# g' S

. n1 a7 p1 @2 M3 _; O. |* o

/ D' b+ T* A6 I
App1的下载
1 v' m: c5 x8 x# F" k6 a  RApp1稍微复杂一点, 需要将代码的起始位置设置为0x08005000
7 q* C- o, q/ D7 g5 d# [+ {) j+ Z同时也要修改擦除方式为Erase Sectors, 见下图

7 U# l" G1 q7 y

+ q& y7 o. O: a  ]) f& ?  k
( l9 W8 p( Z  x1 _# F

) ~1 E2 [- y) G! K8 u6 M. 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
6 O, k4 p6 Y, Q: n; \; S0 @) `1 N说明BootLoader已经成功跳转到版本号为0.0.1的App1
6 B2 Q, u* u/ e3 B) Z7 }. U
. s# h( z. S% ^. C2 W' n

; P3 W, m# l+ F# X& l! m8 |, r2 X2 I7 l
( M3 z! c+ ^$ O生成App2的.bin文件
Keil生成.bin文件

& _9 z8 q. M1 ?) 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

6 P" j* @% O7 [. N2 c  v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

; U0 v/ H3 O* Q

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.
. x9 ?5 ?& x& N( i4 ]7 d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!
* v! ?$ i. L8 z) Y
5. 总结
3 J7 _$ N  Q# e. l' 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.
# V; O% o" L1 A- ^( w; q
( X1 ]- H% Z9 i# }3 ?0 T转载自： IOT全栈技术
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5 x* ?1 W! K0 e( Z- ?6 w
. e( _; H' d: h+ }( W