关于在线升级IAP的基础知识

GReq_mcu168 2022-05-31 2266

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描述

简介

本文主要讲解在线升级IAP的基础知识, 主要是针对IAP 从原理分析, 分区划分, 到代码编写和实验验证等过程阐述这一过程. 帮助大家加深对在线升级的认识.

1. 在线升级知识

什么是BootLoader?

BootLoader可以理解成是引导程序, 它的作用是启动正式的App应用程序. 换言之, BootLoader是一个程序, App也是一个程序, BootLoader程序是用于启动App程序的.

STM32中的程序在哪儿?

正常情况下, 我们写的程序都是放在STM32片内Flash中(暂不考虑外扩Flash). 我们写的代码最终会变成二进制文件, 放进Flash中感兴趣的话可以在Keil>>>Debug>>>Memory中查看, 右边Memory窗口存储的就是代码

IAP

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:

IAP

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

IAP

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:

IAP

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

IAP

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：

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

IAP

打印版本信息以及跳转指令

IAP

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 < temp_len; i++) 22 { 23 temp_buf[i] = Rx_Buf[i]; 24 } 25 26 switch(temp_buf[0]) 27 { 28 case SOH:///<数据包开始 29 { 30 static unsigned char data_state = 0; 31 static unsigned int app2_size = 0; 32 if(Check_CRC(temp_buf, temp_len)==1)///< 通过CRC16校验 33 { 34 if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始 35 { 36 printf("> Receive start... "); 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])))///< 结束 47 { 48 printf("> Receive end... "); 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])))///< 接收数据 56 { 57 printf("> Receive data bag:%d byte ",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 "); 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... "); 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... "); 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... "); 92 } 93 }break; 94 } 95 } 96}