STM32F10x在應用中編程的實現方法

　　引 言

　　Cortex-M3是首款基于ARMv7-M體系結構的32位標準處理器，RISC結構，包含高效靈活的Thumb-2指令集，擁有杰出的低功耗特性，為微控制器系統、汽車車身控制系統、工業控制系統和無線網絡等嵌入式應用量身設計。ST公司推出基于Cortex-M3內核的STM32系列處理器，憑借其出眾的性能、創新的外設、優越的功耗控制，得到眾多工程師的青睞。

　　針對嵌入式應用的特點，STM32處理器提供功能強大的硬件調試接口——JTAG接口和串行接口，極大方便了設計，縮短了產品的開發周期。不僅如此，STM32處理器內嵌的閃存存儲器允許在電路編程(In-Circuit Pro-gramming，ICP)和在應用中編程(In-Application Program-ming，IAP)。利用在應用中編程，僅需通過一根串口線，就可以完成產品固件的更新。本文對STM32處理器的在應用中編程進行了詳細的分析，結合硬件和驅動給出了IAP的具體實現方法，稍加修改，便可應用于STM32處理器的所有系列產品。

　　1 STM32F10x處理器

　　1．1 STM32處理器特點

　　STM32全系列處理器具有腳對腳、外設及軟件的高度兼容性。這給應用帶來很好的靈活性，易于將應用升級到不同存儲空間或不同封裝的平臺。STM32處理器的產品全系列兼容，使得項目之間的代碼重用和移植很方便。

　　1．2 STM32處理器內存映射

　　Cortex-M3的存儲系統采用統一編址的方式，程序存儲器、數據存儲器、寄存器被組織在4 GB的線性地址空間內，以小端格式(little-endian)存放。內存映射如圖1所示。

　　在代碼區，0x00000000地址為啟動區。上電以后，CPU從這個地址開始執行代碼0x08000000為用戶Flash的起始地址，0x1FFFF000為系統存儲器(system memory)的起始地址。對于STM32處理器，可以通過配置BOOT0和BOOT1兩個引腳來選擇不同的啟動模式，如表1所列。CPU在時鐘信號的第4個上升沿鎖存BOOT引腳的值，根據兩個引腳的值將對應的存儲器物理地址映射到啟動區。

　　系統存儲器也稱為“大信息塊”，有2 KB的容量。所有上市的STM32處理器，在出廠前已經燒寫進去自舉模式下的啟動程序(Bootloader)，并且將之鎖定防止用戶擦寫。通過配置BOOT0和BOOT1選擇系統存儲器啟動，相應的啟動程序在復位后得以執行，配合PC端的通信軟件，通過USART1口允許用戶將程序燒寫到用戶Flash區。之后，將BOOT0和B00T1重新配置為用戶Flash存儲器啟動，進入正常的應用程序。

　　上述的自舉模式類似于ISP編程，相比其他燒寫方式方便許多，但真正方便靈活的是在應用中編程(IAP)，只需一根串口線就可以載入程序，復位后立即執行新的應用程序。

　　2 IAP功能原理

　　在應用中編程(IAP)使得用戶可以在程序運行時重新對Flash進行編程。簡單地說，IAP的編程工作是：下載編譯好的二進制文件數據到RAM；將數據重新編程到特定的Flash區。這兩個工作是由IAP驅動程序完成的。使用IAP功能后，系統的固件由2部分組成：第1部分是IAP驅動，不執行通常的功能，而是通過微控制器支持的任一種通信管道(如USB、USART、SPI等，本文使用USART)接收數據，并執行對第2部分代碼的更新；第2部分是真正的應用程序代碼，實現具體的功能。這兩部分代碼共同燒寫在Flash中。要注意的是，這兩部分代碼不能重疊，否則無法實現IAP功能。

　　系統上電以后，IAP驅動首先運行，它主要執行如下的操作：

　　①根據硬件信號或軟件條件判斷是否需要對第2部分代碼進行更新；

　　②如果不需要更新，則跳轉到④；

　　③執行更新操作；

　　④跳轉到第2部分代碼執行。

　　STM3210x處理器IAP驅動的流程如圖2所示。圖中顯示IAP主界面是利用超級終端實現的，傳輸協議用的是Ymodem協議。需要注意的是，由于IAP驅動占用了用戶Flash區的一段起始空間，因此Flash的可編程最大空間要把這部分除去。

　　3 IAP功能實現

　　3．1 硬件電路

　　采用STM32F10x型處理器作為核心。該處理器可全速工作在72 MHz，擁有3個USART接口，內嵌128 KB Flash和20 KB SRAM。Flash是以頁的形式組織的，擦除1頁的時間約為20～40 ms；在整個工作范圍內其擦除次數可達10 000次，經10 000次擦除后，在+55℃的保存環境中數據保存期限仍可達20年。用戶完全不必擔心使用了IAP功能后對產品造成不良影響。

　　IAP驅動使用USART1口作為通信管道，PB口的第9引腳作為IAP判斷是否進入IAP功能的信號線。引出一個按鍵，作為IAP功能選擇按鍵，只要在上電或復位時按住此鍵就會進入IAP功能主界面，否則直接執行正常應用程序。BOOT0和BOOT1是啟動配置跳線。相應的硬件電路分別如圖3、圖4和圖5所示。

　　3．2 IAP驅動

　　IAP驅動主要包含如下源文件。

　　main．c：完成Flash解鎖、按鍵端口初始化、按鍵判斷、USART1的初始化以及處理器的始終初始化，另外還初始化指針和跳轉到應用程序處語句。然后從common．c執行主菜單。

　　common．c：顯示主菜單。主菜單上顯示一系列操作，如加載二進制文件、執行應用程序以及禁止寫保護(如果事先Flash被寫保護)。

　　download．c：等待用戶選擇傳送文件操作，或者放棄操作以及一些提示信息，但真正實現傳送的是ymodem．c源文件。

　　ymodem．c：負責從超級終端接收數據(使用Ymodem協議)，并將數據加載到內部RAM中。如果接收數據正常，則將數據編程到Flash中；如果發生錯誤，則提示出錯。

　　3．3 軟件實現

　　要實現IAP功能，還需做一些準備工作：

　　①要準備BIN類型的代碼文件。開發環境使用的是Keil，默認情況下Keil生成HEX類型的編譯文件。利用Keil自帶的fromelf．exe工具，就可以生成二進制文件。

　　②對超級終端進行設置。IAP驅動中對USART1的設置為：波特率為115 200 kb／s，8位數據位，1位停止位，無校驗位和硬件控制。超級終端也必須保持相同設置。

　　IAP驅動和應用程序代碼需要分配在Flash的合適位置。圖6是2部分代碼在Flash中的存儲情況。由于IAP驅動代碼占用8 KB的空間，故而將Flash最初的8 KB劃出來，應用程序是從0x08020000地址處開始存放的。這是通過在common．h頭文件中語句定義的：

　　#define ApplicationAddress 0x08020000

　　也可以定義在其他0x08020000地址后的任何位置，只要保證應用程序大小不超過所用處理器Flash的容量。在platform_config.h頭文件中有定義Flash的語句：

　　#define PAGE_SIZE(0x400) ／／Flash頁大小為1 KB

　　#define FLASH_SIZE(0x20000)／／Flash容量為128 KB

　　STM32F10x處理器有2種Flash頁的大小：1 KB和2 KB。通過以上語句即可定義頁大小。

　　在platform_config．h頭文件中還定義了進入IAP功能選擇按鍵映射引腳：

　　IAP驅動在Keil中編譯、鏈接后，利用ARM公司的RealView ULINK2仿真器將生成的HEX文件燒寫到Flash中。此時Keil自帶的Flash燒寫工具要設置Flash的起始地址為0x08000000。在應用程序中，定義向量表的函數NVIC_SetVectorTabl(NVIC_VectTab_FLASH，0x2000)中的第2個參數，即Flash的偏移量一定要設置成0x2000或更大的數值。同時，Flash燒寫工具也要做相對應的設置。將系統的串口與PC機串口相連，打開已經設置好參數的超級終端。將BOOT0跳線為0，BOOT1為0或1都可以。按住IAP功能選擇按鍵，給系統上電。此時，在超級終端就會顯示IAP功能主界面，如圖7所示。

　　在鍵盤上按1選擇待載入二進制文件，界面上會出現提示語。在“傳送”菜單中選擇傳送文件后，只需幾秒鐘可以將6 KB左右的文件燒寫到Flash。下載完后，在鍵盤上按2或復位就可以直接執行應用程序了，如圖8所示。雖然IAP功能使用的是USART1口，但進入應用程序后就可以正常使用USART1口。隨時可以通過復位后按住IAP功能選擇鍵來進行IAP方式燒寫應用程序。

　　結 語

　　STM32F10x處理器性能出眾，已被廣泛應用于各種場合。其IAP功能給用戶帶來了極大方便，使得產品的固件更新快捷、簡單。本文闡述了IAP的基本原理，并詳細描述了如何在STM32F10x處理器平臺中實現IAP功能，并在所設計的系統中進行了IAP實驗。實驗證明，該款處理器的IAP功能可靠、快捷。