良许Linux教程网 干货合集 详解STM32在线IAP升级

详解STM32在线IAP升级

作者: 良许 291阅读 0评论

本文将重点介绍在线升级IAP的基础知识，并详细阐述了从原理分析、分区划分、代码编写以及实验验证等过程，以帮助读者更好地理解在线升级的概念。

1. 在线升级知识

BootLoader的概念

BootLoader可以被理解为引导程序，其作用是启动正式的App应用程序。换句话说，BootLoader是一种程序，而App也是一种程序，BootLoader程序被用于启动App程序。

STM32中的程序存储位置

一般情况下，我们编写的程序会被存储在STM32芯片的内部Flash中（暂不考虑外部扩展Flash）。我们编写的代码最终会被转换为二进制文件，并存储在Flash中。如果感兴趣的话，可以在Keil的Debug菜单下的Memory选项中查看，右侧的Memory窗口中存储的就是代码。

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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:

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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
  • App1区存放应用代码
  • App2区存放暂存的升级代码
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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.
  • 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:
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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：

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

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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
  • 程序跳转指令,可以参考如下代码:
 1/* 采用汇编设置栈的值 */
 2__asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
 3{
 4    MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值
 5    BX r14
 6}
 7
 8
 9/* 程序跳转函数 */
10typedef void (*Jump_Fun)(void);
11void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
12{
13  Jump_Fun JumpToApp;
14
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.
20  }
21}
  • 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

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。

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；
  • 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：
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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
  • 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

(https://blog.csdn.net/weixin_41294615/article/details/104652105).

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.
  • 主函数添加修改向量表的指令
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  • 打印版本信息以及跳转指令
  • YModem相关的文件接收部分
 1/**
 2 * @bieaf YModem升级
 3 *
 4 * @param none
 5 * @return none
 6 */
 7void ymodem_fun(void)
 8{
 9    int i;
10    if(Get_state()==TO_START)
11    {
12        send_command(CCC);
13        HAL_Delay(1000);
14    }
15    if(Rx_Flag)     // Receive flag
16    {
17        Rx_Flag=0;  // clean flag
18
19        /* 拷贝 */
20        temp_len = Rx_Len;
21        for(i = 0; i case SOH:///if(Check_CRC(temp_buf, temp_len)==1)///if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///printf("> Receive start...\r\n");
37
38                        Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
39                        data_state = 0x01;                      
40                        send_command(ACK);
41                        send_command(CCC);
42
43                        /* 擦除App2 */                            
44                        Erase_page(Application_2_Addr, 40);
45                    }
46                    else if((Get_state()==TO_RECEIVE_END)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///printf("> Receive end...\r\n");
49
50                        Set_Update_Down();                      
51                        Set_state(TO_START);
52                        send_command(ACK);
53                        HAL_NVIC_SystemReset();
54                    }                   
55                    else if((Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)&&(temp_buf[1] == data_state)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
58
59                        /* 烧录程序 */
60                        WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
61                        data_state++;
62
63                        send_command(ACK);      
64                    }
65                }
66                else
67                {
68                    printf("> Notpass crc\r\n");
69                }
70
71            }break;
72            case EOT://数据包开始
73            {
74                if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
75                {
76                    printf("> Receive EOT1...\r\n");
77
78                    Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);                 
79                    send_command(NACK);
80                }
81                else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
82                {
83                    printf("> Receive EOT2...\r\n");
84
85                    Set_state(TO_RECEIVE_END);                  
86                    send_command(ACK);
87                    send_command(CCC);
88                }
89                else
90                {
91                    printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
92                }
93            }break; 
94        }
95    }
96}
  • 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.

4. 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。

源代码

BootLoader源代码和App1源代码可以在原作者的gitee获取：

https://gitee.com/leafguo/leaf_notes/STM32CubeMX/STM32CubeMx_OTA

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」。
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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)
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  • 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
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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
  • 同时也要修改擦除方式为Erase Sectors, 见下图
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  • 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已经成功跳转到版本号为0.0.1的App1
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生成App2的.bin文件

  • Keil如何生成.bin文件, 请参考这篇博文 Keil如何生成.bin文件

https://blog.csdn.net/weixin_41294615/article/details/104656577

  • 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
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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.
  • 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

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.

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作者: 良许

良许，世界500强企业Linux开发工程师，公众号【良许Linux】的作者，全网拥有超30W粉丝。个人标签：创业者，CSDN学院讲师，副业达人，流量玩家，摄影爱好者。
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