分享文章之前，想問大家，你們開發的產品如果有bug了，你們回通過什么什么方式修復bug？今天就來給大家分享一種通過篡改特定代碼數據修復單片機BUG的方法。

概述

在嵌入式產品開發中，難以避免地會因為各種原因導致最后出貨的產品存在各種各樣的BUG，通常會給產品進行固件升級來解決問題。記得之前在公司維護一款BLE產品的時候，由于前期平臺預研不足，OTA參數設置不當，導致少數產品出現不能OTA的情況，經過分析只需改變代碼中的某個參數數值即可。但是產品在用戶手里，OTA是唯一能更新代碼的方式，只能給用戶重發產品。后來在想，是否可以提前做好一個接口，支持動態地傳輸少量代碼到產品中臨時運行，通過修改特定位置的Flash代碼數據來修復產品的棘手BUG？多留一個后門，有時候令產品出棘手問題的往往是那么一兩行代碼或者幾個初始化的參數不對，那么這種方法也可以應應急，雖然操作比較騷。

創建演示工程

本文以STM32F103C8T6單片機為例創建演示工程，分為app和bootloader兩個工程。即將mcu的Flash分為“app”和“bootloader”兩個區域， bootloader放在0x8000000為起始的24KB區域內，app放在0x8006000為起始的后續區域。bootloader完成對app的Flash數據修改。 1、app工程
注意app的工程需要在keil上修改ROM起始地址。

還要在app代碼的開頭設置向量偏移（調用一行代碼）：

NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH,0x6000);

app工程的邏輯為：先順序執行3個不同速度的LED閃燈過程（20ms、200ms、500ms、切換亮滅），最后進入到一個循環狀態每秒切換一次LED的狀態閃爍。代碼如下：

voidinit_led(void)
{
GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_All;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);

GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10);
}

voidled_blings_1(void)
{
uint32_ti;

for(i=0;i10;i++)
{
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10);
delay_ms(20);

GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10);
delay_ms(20);
}
}

voidled_blings_2(void)
{
uint32_ti;

for(i=0;i10;i++)
{
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10);
delay_ms(200);

GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10);
delay_ms(200);
}
}

voidled_blings_3(void)
{
uint32_ti;

for(i=0;i10;i++)
{
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10);
delay_ms(500);

GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10);
delay_ms(500);
}
}

intmain()
{
NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH,0x6000);

SysTick_Init(72);

init_led();

led_blings_1();
led_blings_2();
led_blings_3();

while(1)
{
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10);
delay_ms(1000);

GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10);
delay_ms(1000);
}
}

為了分析匯編和查看bin文件數據，我們需要在keil中添加兩條命令，分別生成.dis反匯編和.bin的代碼文件。（具體的目錄情況依葫蘆畫瓢）

fromelf--text-a-c--output=all.disObjTemplate.axf

fromelf--bin--output=test.binObjTemplate.axf

先將app的代碼燒寫進單片機，注意燒寫設置里面選擇“Erase Sectors”只擦除需要燒寫的地方。

2、bootloader工程

在bootloader中分為兩部分，不變的代碼部分和變動的代碼部分（error_process函數）。初次編譯的時候error_process寫為空函數，當我們有需求對App進行修改的時候，我們重新編譯工程對error_process函數進行填充。為了重新編譯工程的時候不影響之前函數的鏈接地址，特意將error_process函數放到代碼區的最后0x8000800地址處，理由是原來工程大小是1.51KB，擦除頁大小是2KB，所以需要2KB對齊，對齊處的地址就選擇0x8000800為起始。代碼如下：

#defineFLASH_PAGE_SIZE2048
#defineERROR_PROCESS_CODE_ADDR0x8000800

voiderror_process(void)__attribute__((section(".ARM.__at_0x8000800")));

voidinit_led(void)
{
GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_All;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);

GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10);
}

uint32_tpageBuf[FLASH_PAGE_SIZE/4];

voiderror_process(void)
{

}

voideraseErrorProcessCode(void)
{
FLASH_Unlock();
FLASH_ClearFlag(FLASH_FLAG_BSY|FLASH_FLAG_EOP|
FLASH_FLAG_PGERR|FLASH_FLAG_WRPRTERR);
FLASH_ErasePage(ERROR_PROCESS_CODE_ADDR);
FLASH_Lock();
}

void(*boot_jump2App)();

voidboot_loadApp(uint32_taddr)
{
uint8_ti;

if(((*(vu32*)addr)&0x2FFE0000)==0x20000000)
{
boot_jump2App=(void(*)())*(vu32*)(addr+4);

__set_MSP(*(vu32*)addr);

for(i=0;i8;i++)
{
NVIC->ICER[i]=0xFFFFFFFF;
NVIC->ICPR[i]=0xFFFFFFFF;
}

boot_jump2App();

while(1);
}
}

intmain()
{
uint32_tflag;

SysTick_Init(72);

flag=*((uint32_t*)ERROR_PROCESS_CODE_ADDR);

if((flag!=0xFFFFFFFF)&&(flag!=0))
{
init_led();
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10);

delay_ms(1000);
delay_ms(1000);

error_process();
eraseErrorProcessCode();
}

boot_loadApp(0x8006000);

while(1);
}

一進main函數就讀取0x8000800地址處的32位數據，如果不是全F或者全0那么這個地方是有函數體存在需要執行的，那么將LED亮起2秒鐘代表bootloader識別到有處理程序需要執行（當然這里還需要加一些error_process代碼數據是否完整之類的判斷機制，這里演示先略去）。執行完處理程序后將處理程序擦除（數據變為全F），避免以后每次上電都重復擦寫Flash。error_process函數代碼的數據由產品正常使用期間通過數據接口傳入直接寫入到0x8000800處（這部分的demo略去），編譯后查看生成的bin文件將error_process部分的代碼截取出來傳輸到Flash地址0x8000800處。bootloader的代碼燒寫進單片機時注意燒寫設置里面選擇“Erase Sectors”只擦除需要燒寫的地方。keil設置里ROM地址改回0x08000000。

修改app的特定參數

在app的工程中以“led_blings_1”函數為例，反匯編如下：

$t
i.led_blings_1
led_blings_1
0x08006558:b510..PUSH{r4,lr}
0x0800655a:2400.$MOVSr4,#0
0x0800655c:e010..B0x8006580;led_blings_1+40
0x0800655e:f44f6180O..aMOVr1,#0x400
0x08006562:4809.HLDRr0,[pc,#36];[0x8006588]=0x40010c00
0x08006564:f7fffea2....BLGPIO_SetBits;0x80062ac
0x08006568:2014.MOVSr0,#0x14
0x0800656a:f7ffffaf....BLdelay_ms;0x80064cc
0x0800656e:f44f6180O..aMOVr1,#0x400
0x08006572:4805.HLDRr0,[pc,#20];[0x8006588]=0x40010c00
0x08006574:f7fffe98....BLGPIO_ResetBits;0x80062a8
0x08006578:2014.MOVSr0,#0x14
0x0800657a:f7ffffa7....BLdelay_ms;0x80064cc
0x0800657e:1c64d.ADDSr4,r4,#1
0x08006580:2c0a.,CMPr4,#0xa
0x08006582:d3ec..BCC0x800655e;led_blings_1+6
0x08006584:bd10..POP{r4,pc}
$d
0x08006586:0000..DCW0
0x08006588:40010c00...@DCD1073810432

由于led是20ms交替亮滅一次，如果我們覺得這個參數有問題想改成100ms，從匯編上來說就是要改變兩行代碼：

0x08006568:2014.MOVSr0,#0x14

0x08006578:2014.MOVSr0,#0x14

改為

0x08006568:20642MOVSr0,#0x64

0x08006578:20642MOVSr0,#0x64

bootloader工程中error_process的函數實現如下：

voiderror_process(void)
{
#defineMODIFY_FUNC_ADDR_START0x08006558

uint32_talignPageAddr=MODIFY_FUNC_ADDR_START/FLASH_PAGE_SIZE*FLASH_PAGE_SIZE;
uint32_tcnt,i;

//1.copyoldcode
memcpy(pageBuf,(void*)alignPageAddr,FLASH_PAGE_SIZE);

//2.changecode.
//由于Flash操作2KB頁的特性，0x08006558不滿2kb，因此偏移為0x558，0x558/4=342
pageBuf[90+256]=(pageBuf[90+256]&0xFFFF0000)|0x2064;
pageBuf[94+256]=(pageBuf[94+256]&0xFFFF0000)|0x2064;

//3.eraseoldcode,copynewcode.
FLASH_Unlock();
FLASH_ClearFlag(FLASH_FLAG_BSY|FLASH_FLAG_EOP|
FLASH_FLAG_PGERR|FLASH_FLAG_WRPRTERR);
FLASH_ErasePage(alignPageAddr);

cnt=FLASH_PAGE_SIZE/4;
for(i=0;i4,pageBuf[i]);
}

FLASH_Lock();
}

由于Flash的2KB頁擦除特性，這里先將待修改代碼區的Flash頁數據拷貝到緩沖buffer里，然后修改buffer里的數據，之后擦除Flash相關頁，最后將buffer里修改后的數據重新寫回到Flash里去。error_process函數的反匯編如下：

$t
.ARM.__at_0x8000800
error_process
0x08000800:b570p.PUSH{r4-r6,lr}
0x08000802:4d1a.MLDRr5,[pc,#104];[0x800086c]=0x8006000
0x08000804:142a*.ASRSr2,r5,#16
0x08000806:4629)FMOVr1,r5
0x08000808:4819.HLDRr0,[pc,#100];[0x8000870]=0x20000008
0x0800080a:f7fffcbd....BL__aeabi_memcpy;0x8000188
0x0800080e:4818.HLDRr0,[pc,#96];[0x8000870]=0x20000008
0x08000810:f8d00568..h.LDRr0,[r0,#0x568]
0x08000814:f36f000fo...BFCr0,#0,#16
0x08000818:f2420164B.d.MOVr1,#0x2064
0x0800081c:4408.DADDr0,r0,r1
0x0800081e:4914.ILDRr1,[pc,#80];[0x8000870]=0x20000008
0x08000820:f8c10568..h.STRr0,[r1,#0x568]
0x08000824:4608.FMOVr0,r1
0x08000826:f8d00578..x.LDRr0,[r0,#0x578]
0x0800082a:f36f000fo...BFCr0,#0,#16
0x0800082e:f2420164B.d.MOVr1,#0x2064
0x08000832:4408.DADDr0,r0,r1
0x08000834:490e.ILDRr1,[pc,#56];[0x8000870]=0x20000008
0x08000836:f8c10578..x.STRr0,[r1,#0x578]
0x0800083a:f7fffd53..S.BLFLASH_Unlock;0x80002e4
0x0800083e:20355MOVSr0,#0x35
0x08000840:f7fffcca....BLFLASH_ClearFlag;0x80001d8
0x08000844:4628(FMOVr0,r5
0x08000846:f7fffccd....BLFLASH_ErasePage;0x80001e4
0x0800084a:14ae..ASRSr6,r5,#18
0x0800084c:2400.$MOVSr4,#0
0x0800084e:e007..B0x8000860;error_process+96
0x08000850:4a07.JLDRr2,[pc,#28];[0x8000870]=0x20000008
0x08000852:f8521024R.$.LDRr1,[r2,r4,LSL#2]
0x08000856:eb050084....ADDr0,r5,r4,LSL#2
0x0800085a:f7fffd0d....BLFLASH_ProgramWord;0x8000278
0x0800085e:1c64d.ADDSr4,r4,#1
0x08000860:42b4.BCMPr4,r6
0x08000862:d3f5..BCC0x8000850;error_process+80
0x08000864:f7fffcfe....BLFLASH_Lock;0x8000264
0x08000868:bd70p.POP{r4-r6,pc}
$d
0x0800086a:0000..DCW0
0x0800086c:08006000.`..DCD134242304
0x08000870:20000008...DCD536870920

那么這124個字節就是最終要傳輸到0x8000800處的函數數據。傳輸完畢后軟復位mcu，bootloader將app的Flash數據進行篡改，達到改變程序功能的目的。

為什么要在bootloader運行時篡改app的數據？按理說在app運行時接收到error_process函數的更新數據后可以立刻運行，但是由于涉及到對app自身代碼的修改，涉及Flash修改的一些相關函數有可能會被暫時破壞而導致代碼運行崩潰。

跳過app的某些函數

如果想跳過“led_blings_1”函數，有2種方法： 1、函數內部跳過

即將以下匯編語句

0x0800655a:2400.$MOVSr4,#0

修改為

0x0800655a:e013.$B0x08006584

在“led_blings_1”函數入口處指令修改直接跳轉到函數出口處。至于匯編的機器碼和用法文末有相關資料可以查閱。

因為修改處的字節偏移為0x55a，是pageBuf下標為342元素的高2Byte，需要在error_process函數中做如下修改：

pageBuf[342]=(pageBuf[342]&0x0000FFFF)|0xe0130000;

2、函數調用處跳過

main函數匯編如下：

$t
i.main
main
0x080065f8:f44f41c0O..AMOVr1,#0x6000
0x080065fc:f04f6000O..`MOVr0,#0x8000000
0x08006600:f7fffe5c...BLNVIC_SetVectorTable;0x80062bc
0x08006604:2048HMOVSr0,#0x48
0x08006606:f7ffff01....BLSysTick_Init;0x800640c
0x0800660a:f7ffff85....BLinit_led;0x8006518
0x0800660e:f7ffffa3....BLled_blings_1;0x8006558
0x08006612:f7ffffbb....BLled_blings_2;0x800658c
0x08006616:f7ffffd3....BLled_blings_3;0x80065c0
0x0800661a:e011..B0x8006640;main+72
0x0800661c:f44f6180O..aMOVr1,#0x400
0x08006620:4808.HLDRr0,[pc,#32];[0x8006644]=0x40010c00
0x08006622:f7fffe43..C.BLGPIO_SetBits;0x80062ac
0x08006626:f44f707aO.zpMOVr0,#0x3e8
0x0800662a:f7ffff4f..O.BLdelay_ms;0x80064cc
0x0800662e:f44f6180O..aMOVr1,#0x400
0x08006632:4804.HLDRr0,[pc,#16];[0x8006644]=0x40010c00
0x08006634:f7fffe38..8.BLGPIO_ResetBits;0x80062a8
0x08006638:f44f707aO.zpMOVr0,#0x3e8
0x0800663c:f7ffff46..F.BLdelay_ms;0x80064cc
0x08006640:e7ec..B0x800661c;main+36
$d
0x08006642:0000..DCW0
0x08006644:40010c00...@DCD1073810432

下面是調用語句

0x0800660e:f7ffffa3....BLled_blings_1;0x8006558

直接將此語句改為空語句nop（0xbf00）即可跳過調用，由于該命令占用4個字節，nop是兩個字節的命令，所以替換為兩個nop命令。

0x0800660e:bf00bf00....NOP

因為修改處的字節偏移為0x60e，是pageBuf下標為387元素的高2Byte和下標為388元素的低2Byte，需要在error_process函數中做如下修改：

pageBuf[387]=(pageBuf[387]&0x0000FFFF)|0xbf000000;
pageBuf[388]=(pageBuf[388]&0xFFFF0000)|0x0000bf00;

審核編輯：湯梓紅

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原文標題：通過篡改特定代碼數據修復單片機BUG的方法

文章出處：【微信號：strongerHuang，微信公眾號：strongerHuang】歡迎添加關注！文章轉載請注明出處。

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