本文主要講解在線升級IAP的基礎知識, 主要是針對IAP從原理分析,分區劃分, 到代碼編寫和實驗驗證等過程闡述這一過程. 幫助大家加深對在線升級的認識。

1.在線升級知識

什么是BootLoader?

BootLoader可以理解成是引導程序, 它的作用是啟動正式的App應用程序. 換言之,BootLoader是一個程序，App也是一個程序，BootLoader程序是用于啟動App程序的.

STM32中的程序在哪兒?

接下來就可以進入正題了.

進行分區

既然我們寫的程序都會變成二進制文件存放到Flash中, 那么我們就可以進一步對我們程序進行分區. 我使用的是F103RB-NUCLEO開發板,他的Flash一共128頁, 每頁1K.見下圖:

以它為例, 我將它分為三個區.BootLoader區、App1區、App2區(備份區)具體劃分如下圖:

• BootLoader區存放啟動代碼
• App1區存放應用代碼
• App2區存放暫存的升級代碼

總體流程圖

• 先執行BootLoader程序, 先去檢查APP2區有沒有程序, 如果有就將App2區(備份區)的程序拷貝到App1區, 然后再跳轉去執行App1的程序.
• 然后執行App1程序, 因為BootLoader和App1這兩個程序的向量表不一樣, 所以跳轉到App1之后第一步是先去更改程序的向量表. 然后再去執行其他的應用程序.
• 在應用程序里面會加入程序升級的部分, 這部分主要工作是拿到升級程序, 然后將他們放到App2區(備份區), 以便下次啟動的時候通過BootLoader更新App1的程序. 流程圖如下圖所示:

2. BootLoader的編寫

本節主要講解在線升級的BooLoader的編寫，我將以我例程的BootLoader為例, 講解BootLoader(文末會提供免費的代碼下載鏈接)，其他的大體上原理都差不多。

流程圖分析

以我例程的BootLoader為例：

我將App2區的最后一個字節(0x0801FFFC)用來表示App2區是否有升級程序, STM32在擦除之后Flash的數據存放的都是0xFFFFFFFF, 如果有, 我們將這個地址存放0xAAAAAAAA. 具體的流程圖見下圖所示

程序編寫和分析

所需STM32的資源有:

• 發送USART數據和printf重定向
• Flash的讀寫
• 程序跳轉指令,可以參考如下代碼:

  /*采用匯編設置棧的值*/
  __asmvoidMSR_MSP(uint32_tulAddr)
  {
  MSRMSP,r0//設置MainStack的值
  BXr14
  }
  
  /*程序跳轉函數*/
  typedefvoid(*Jump_Fun)(void);
  voidIAP_ExecuteApp(uint32_tApp_Addr)
  {
  Jump_FunJumpToApp;
  
  if(((*(__IOuint32_t*)App_Addr)&0x2FFE0000)==0x20000000)//檢查棧頂地址是否合法.
  {
  JumpToApp=(Jump_Fun)*(__IOuint32_t*)(App_Addr+4);//用戶代碼區第二個字為程序開始地址(復位地址)
  MSR_MSP(*(__IOuint32_t*)App_Addr);//初始化APP堆棧指針(用戶代碼區的第一個字用于存放棧頂地址)
  JumpToApp();//跳轉到APP.
  }
  }

• 在需要跳轉的地方執行這個函數就可以了IAP_ExecuteApp(Application_1_Addr);
• 其他的代碼請參考BootLoader源代碼

3. APP的編寫

本節主要講解在線升級(OTA)的App1的編寫以及整個流程的說明，我將以我例程的App為例, 采用Ymodem協議進行串口傳輸,講解App的編寫(后面會提供免費的代碼下載鏈接), 其他的協議原理大體上都差不多, 都是通過某種協議拿到升級的代碼。

流程圖分析

以我例程的App1為例：

• 先修改向量表, 因為本程序是由BootLoader跳轉過來的, 不修改向量表后面會出現問題；
• 打印版本信息, 方便查看不同的App版本；
• 本例程的升級程序采用串口的Ymoderm協議進行傳輸bin文件. 具體的流程圖見下圖所示：

程序編寫和分析

所需STM32的資源有:

• 發送USART數據和printf重定向
• Flash的讀寫
• 串口的DMA收發
• YModem協議相關

Ymodem協議

• 百度百科[Ymodem協議]
• 具體流程可自行查找相關文檔, 這兒提供一個我找到的 XYmodem.pdf(文末和源碼一起提供).
• Ymodem協議相關介紹可參考我的這篇教程 YModem介紹

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

代碼分析

• 代碼大多數都是通過串口實現Ymodem協議的接收, 這兒就不詳細說明

• 后面放了我的源代碼, 詳情請參考我的源代碼.

• 主函數添加修改向量表的指令

• 打印版本信息以及跳轉指令

• YModem相關的文件接收部分

  /**
  *@bieafYModem升級
  *
  *@paramnone
  *@returnnone
  */
  voidymodem_fun(void)
  {
  inti;
  if(Get_state()==TO_START)
  {
  send_command(CCC);
  HAL_Delay(1000);
  }
  if(Rx_Flag)//Receiveflag
  {
  Rx_Flag=0;//cleanflag
  
  /*拷貝*/
  temp_len=Rx_Len;
  for(i=0;iswitch(temp_buf[0])
  {
  caseSOH:///<數據包開始
  {
  staticunsignedchardata_state=0;
  staticunsignedintapp2_size=0;
  if(Check_CRC(temp_buf,temp_len)==1)///
  {
  if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1]==0x00)&&(temp_buf[2]==(unsignedchar)(~temp_buf[1])))///
  {
  printf(">Receivestart...
  ");
  
  Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
  data_state=0x01;
  send_command(ACK);
  send_command(CCC);
  
  /*擦除App2*/
  Erase_page(Application_2_Addr,40);
  }
  elseif((Get_state()==TO_RECEIVE_END)&&(temp_buf[1]==0x00)&&(temp_buf[2]==(unsignedchar)(~temp_buf[1])))///
  {
  printf(">Receiveend...
  ");
  
  Set_Update_Down();
  Set_state(TO_START);
  send_command(ACK);
  HAL_NVIC_SystemReset();
  }
  elseif((Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)&&(temp_buf[1]==data_state)&&(temp_buf[2]==(unsignedchar)(~temp_buf[1])))///
  {
  printf(">Receivedatabag:%dbyte
  ",data_state*128);
  
  /*燒錄程序*/
  WriteFlash((Application_2_Addr+(data_state-1)*128),(uint32_t*)(&temp_buf[3]),32);
  data_state++;
  
  send_command(ACK);
  }
  }
  else
  {
  printf(">Notpasscrc
  ");
  }
  
  }break;
  caseEOT://數據包開始
  {
  if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
  {
  printf(">ReceiveEOT1...
  ");
  
  Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);
  send_command(NACK);
  }
  elseif(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
  {
  printf(">ReceiveEOT2...
  ");
  
  Set_state(TO_RECEIVE_END);
  send_command(ACK);
  send_command(CCC);
  }
  else
  {
  printf(">ReceiveEOT,Buterror...
  ");
  }
  }break;
  }
  }
  }

• 其中部分函數未在以上代碼中展現, 詳情請參看文末給出的源碼鏈接.

4. 整體測試

本節主要對前三節的教程做測試驗證BootLoader+App的升級功能。

源代碼

BootLoader源代碼和App1源代碼可以在原作者的gitee獲取：

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

代碼的下載

• 由下圖可知兩份代碼的下載區域是不一樣的，所以他們「下載的區域也不一樣」。

BootLoader的下載

• BootLoader的代碼默認是最開始的所以不需要特別設置代碼的下載位置
• 按照下圖, 修改擦除方式為Erase Sectors, 大小限制在0X5000(20K)

• 燒錄代碼
• 運行, 通過串口1打印輸出, 會看到以下打印消息
• 說明BootLoader已經成功運行

App1的下載

• App1稍微復雜一點, 需要將代碼的起始位置設置為0x08005000
• 同時也要修改擦除方式為Erase Sectors, 見下圖

• 燒錄代碼
• 運行, 通過串口1打印輸出, 會看到以下打印消息
• 說明BootLoader已經成功跳轉到版本號為0.0.1的App1

生成App2的.bin文件

• Keil如何生成.bin文件, 請參考這篇博文 Keil如何生成.bin文件

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

• 修改代碼, 把版本號改為0.0.2, 并且編譯并且生成.bin文件

• 生成好之后你會得到一個.bin結尾的文件, 這就是我們待會兒YModem要傳輸的文件

使用Xshell進行文件傳輸

• 打開Xshell
• 代碼中, 串口1進行調試信息的打印, 串口2進行YModem升級的
• 所以使用Xshell打開串口2進行文件傳輸, 串口1則可以通過串口調試助手查看調試消息

  

• 你會看到App的版本成功升級到0.0.2了.
• 如果你到了這一步.
• 那么恭喜你! 你已經能夠使用在線升級了!

5. 總結

通過本幾節的教程,想必你已經會使用在線升級了,只要原理知道了其他的問題都可以迎刃而解了,除了使用YModem協議傳輸.bin文件,你還可以通過藍牙、WIFI等其他協議傳輸,只要能夠將.bin文件傳輸過去,那其他的部分原理都差不多。