STM32 IAP應(yīng)用開發(fā)——自制BootLoader
前言
什么是IAP？
IAP（In-Application Programming） 指MCU可以在系統(tǒng)中獲取新代碼并對自己重新編程，即可用程序來改變程序。在應(yīng)用編程（IAP）是用戶的應(yīng)用代碼對片內(nèi)Flash存儲器進(jìn)行擦除/編程的方法。這種方式的典型應(yīng)用就是用一小段代碼來實現(xiàn)程序的下載，實際上單片機(jī)的ISP功能就是通過IAP技術(shù)來實現(xiàn)的，即片子在出廠前就已經(jīng)有一段小的boot程序在里面，片子上電后，開始運行這段程序，當(dāng)檢測到上位機(jī)有下載要求時，便和上位機(jī)通信，然后下載數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)存儲區(qū)，從而實現(xiàn)固件升級。
什么是BootLoader？
百度百科：在嵌入式操作系統(tǒng)中，BootLoader是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運行之前運行?？梢猿跏蓟布O(shè)備、建立內(nèi)存空間映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。在嵌入式系統(tǒng)中，通常并沒有像BIOS那樣的固件程序（注，有的嵌入式CPU也會內(nèi)嵌一段短小的啟動程序），因此整個系統(tǒng)的加載啟動任務(wù)就完全由BootLoader來完成。
實際上，BootLoader不僅僅在操作系統(tǒng)上使用，在一些內(nèi)存小，功能應(yīng)用較為簡單的單片機(jī)設(shè)備上面也可以通過BootLoader來完成固件升級。
我之前也有發(fā)過一些關(guān)于STM32遠(yuǎn)程升級的文章，但用的是第三方BootLoader，而且是基于操作系統(tǒng)實現(xiàn)的。BootLoader占用的內(nèi)存也比較大，而且不開源。
所以這一講我就來介紹一下如何自己制作一個簡單的BootLoader程序。
1 環(huán)境搭建
關(guān)于STM32以及Keil的環(huán)境這里就不具體介紹了，網(wǎng)上教程也很多，不懂的同學(xué)自行查閱資料。
2 BootLoader工作原理以及常見分區(qū)介紹
不管用的是什么MCU，要實現(xiàn)固件升級都離不開BootLoader，BootLoader是一個統(tǒng)稱，它其實只是一段引導(dǎo)程序，在MCU啟動的時候會先運行這段代碼，判斷是否需要升級，如果不需要升級就跳轉(zhuǎn)到APP分區(qū)運行用戶代碼，如果需要升級則先通過一些硬件接口接收和搬運要升級的新固件，然后再跳轉(zhuǎn)到APP分區(qū)運行新固件，從而實現(xiàn)固件升級。
常見分區(qū)方式介紹：
1.Application
沒有加入Bootloader之前，我們單片機(jī)內(nèi)部的flash就是一整塊的，所有的應(yīng)用代碼都放在這。
2.Bootloader + Application
在原有的flash區(qū)域里面劃分出兩個區(qū)域，Bootloader和Application，這種分區(qū)方式的好處在于既可以實現(xiàn)升級功能，App區(qū)又可以分到較大的空間，缺點是沒有存放新固件的區(qū)域，需要從外部導(dǎo)入進(jìn)來，而且一旦傳輸?shù)倪^程被異常打斷，那么原有的App代碼也無法正常運行了，也就是傳說中的“變磚”。
3.Bootloader + Application + Download
這種分區(qū)方式是比較萬能的一種，優(yōu)點是新固件是先存放到Download區(qū)的，哪怕搬運的過程中出現(xiàn)異常中斷的情況，也不會“變磚”，缺點是需要單獨劃分一塊內(nèi)存跟APP區(qū)差不多的區(qū)域用來存放新固件，變相的減少了APP區(qū)的空間，對于內(nèi)存較小的單片機(jī)來說壓力就比較大了。
4.Bootloader + Application1 + Application2
這種方式可以同時存在兩套App，優(yōu)點在于升級了新固件以后，還保留了原來的舊版固件，必要的時候還可以進(jìn)行版本的回退。
5.Bootloader + Setting + Application + Download
這種方式跟第3種基本一樣，只是增加了一個區(qū)域用來存放升級相關(guān)的一些參數(shù)以及用戶的一些配置。
3 BootLoader的制作
BootLoader的制作需要根據(jù)實際的需求來做，不同的運行方式或者升級方式在做法上都是有區(qū)別的，包括BootLoader所需要的內(nèi)存空間也不盡相同。
不過不管是用什么方式，Bootloader都應(yīng)該盡可能做的更小更簡潔，這樣的話內(nèi)存的開銷就更小，對于內(nèi)存較小的MCU來說壓力就沒那么大了。
我下面要做的這個bootloader是上面講的常見分區(qū)方式里面的第5種。
分區(qū)介紹：
我用的是STM32F103，內(nèi)存是128K的（想用內(nèi)存更小的MCU也是可以的，改下各個分區(qū)的內(nèi)存分配就行了）。
分區(qū)表如下：
| name | offset | size |
|---|---|---|
| boot | 0x08000000 | 0x00003000 |
| setting | 0x08003000 | 0x00001000 |
| app | 0x08004000 | 0x0000E000 |
| download | 0x08012000 | 0x0000E000 |
功能描述：
運行bootloader的時候先從setting里面讀一些參數(shù)，確定是否需要升級，如果需要，則把download分區(qū)的固件搬運到app分區(qū)，如果不需要升級則直接跳轉(zhuǎn)到app分區(qū).
至于新固件的下載傳輸過程，我放到App里面去處理了，這跟我的項目實際需求有關(guān)系，App部分這里就先不往下拓展了，后面我會專門寫一篇博客來介紹。
各個功能模塊的具體講解：
1、分區(qū)定義
先把各個分區(qū)的內(nèi)存地址以及大小定義好，方便后面使用。
#define FLASH_SECTOR_SIZE 1024
#define FLASH_SECTOR_NUM 128 // 128K
#define FLASH_START_ADDR ((uint32_t)0x8000000)
#define FLASH_END_ADDR ((uint32_t)(0x8000000 + FLASH_SECTOR_NUM * FLASH_SECTOR_SIZE))
#define BOOT_SECTOR_ADDR 0x08000000 // BOOT sector start address
#define BOOT_SECTOR_SIZE 0x3000 // BOOT sector size
#define SETTING_SECTOR_ADDR 0x08003000 // SETTING sector start address
#define SETTING_SECTOR_SIZE 0x1000 // SETTING sector size
#define APP_SECTOR_ADDR 0x08004000 // APP sector start address
#define APP_SECTOR_SIZE 0xE000 // APP sector size
#define DOWNLOAD_SECTOR_ADDR 0x08012000 // Download sector start address
#define DOWNLOAD_SECTOR_SIZE 0xE000 // Download sector size
2、程序跳轉(zhuǎn)
Bootloader作為引導(dǎo)程序，最重要的工作之一就是通過內(nèi)存跳轉(zhuǎn)進(jìn)入用戶程序，下面這段代碼可以跳轉(zhuǎn)到任何一個內(nèi)存地址。
uint8_t jump_app(uint32_t app_addr)
{
uint32_t jump_addr;
jump_callback cb;
if (((*(__IO uint32_t*)app_addr) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000)
{
jump_addr = *(__IO uint32_t*) (app_addr + 4);
cb = (jump_callback)jump_addr;
__set_MSP(*(__IO uint32_t*)app_addr);
cb();
return 1;
}
return 0;
}
3、處理函數(shù)
從setting區(qū)里面讀取process狀態(tài)值，然后進(jìn)行對應(yīng)的處理，如果需要升級則把download區(qū)的固件搬運到app區(qū)，然后再運行新APP，如果不需要升級則直接跳轉(zhuǎn)到APP。
process = get_boot_state();
switch (process)
{
case START_PROGRAM:
printf("start app...\r\n");
delay_ms(50);
if (!jump_app(APP_SECTOR_ADDR))
{
printf("no program\r\n");
delay_ms(1000);
}
printf("start app failed\r\n");
break;
case UPDATE_PROGRAM:
printf("update app program...\r\n");
app_addr = APP_SECTOR_ADDR;
down_addr = DOWNLOAD_SECTOR_ADDR;
printf("app addr: 0x%08X \r\n", app_addr);
printf("down addr: 0x%08X \r\n", down_addr);
printf("erase mcu flash...\r\n");
mcu_flash_erase(app_addr, APP_ERASE_SECTORS);
printf("mcu flash erase success\r\n");
printf("write mcu flash...\r\n");
// memset(down_buf, 0, sizeof(down_buf));
for (i = 0; i < APP_ERASE_SECTORS * 8; i++)
{
mcu_flash_read(down_addr, &down_buf[0], 128);
delay_ms(5);
mcu_flash_write(app_addr, &down_buf[0], 128);
delay_ms(5);
down_addr += 128;
app_addr += 128;
}
printf("mcu flash write success\r\n");
set_boot_state(UPDATE_SUCCESS);
break;
case UPDATE_SUCCESS:
printf("update success\r\n");
boot_state = UPDATE_SUCCESS_STATE;
write_setting_boot_state(boot_state);
set_boot_state(START_PROGRAM);
break;
default:
break;
}
完整代碼下載地址：https://download.csdn.net/download/ShenZhen_zixian/87462312
4 燒錄下載配置
我們的Bootloader做好以后需要燒錄到MCU里面，可以直接用Keil uVison來下載，也可以用J-Flash或者其他，這個都沒關(guān)系，但是要注意內(nèi)存的分配，要把固件燒到對應(yīng)的內(nèi)存地址上。
我這里做出來的bootloader bin只有8K，不過為了方便后續(xù)在這部分增加新功能，我實際分配了12K的空間，地址區(qū)間是0x08000000-0x08003000。
如果是用keil下載的話，需要注意flash的配置，具體如下：
如果是用J-Flash或者STlink的工具燒錄的話注意燒錄的起始地址是0x08000000就好了。
5 運行測試
注：這里我沒講解App部分代碼，你們只看Bootloader部分的log就好了，不影響的，想看APP部分可以看我另外一篇文章，或者下載完整的代碼實際跑一下也行。APP部分講解：STM32 IAP應(yīng)用開發(fā)——通過USB實現(xiàn)固件升級
運行結(jié)果：
不需要升級時直接跳轉(zhuǎn)到App區(qū)，如下圖：
需要升級時先從download區(qū)搬運新固件到app區(qū)，然后再跳轉(zhuǎn)到App區(qū)，如下圖：
結(jié)束語
好了，關(guān)于自制BootLoader的介紹就講到這里，本文只是提供一個思路，不是唯一的方法，關(guān)鍵還是看你自己實際的需求。
還有App那部分這里沒詳細(xì)講，我單獨寫了一篇文章，鏈接在下方，合到一起看就比較清晰了?；蛘吣阋部梢韵螺d完整的源碼自己去跑一下，下面的源碼我把BootLoader和APP都上傳了。
APP部分講解：STM32 IAP應(yīng)用開發(fā)——通過USB實現(xiàn)固件升級
完整代碼下載地址：https://download.csdn.net/download/ShenZhen_zixian/87462312
如果你有什么問題或者有更好的方法，歡迎在評論區(qū)留言。文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-635730.html
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STM32固件升級系列合集：https://blog.csdn.net/ShenZhen_zixian/article/details/129074047文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-635730.html
到了這里，關(guān)于STM32 IAP應(yīng)用開發(fā)——自制BootLoader的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！
