MCU软件升级设计思路分析

　　做软件开发的人，都知道程序升级。升级的方式有很多，今天就来讲讲升级的软件的设计思路。

　　一、ISP/ICP/IAP名称解释

　　在我们学习MCU的过程中经常看到IAP、ISP、JTAG等等一些与在线编程相关的专业名词，可能很多小伙伴到现在都迷迷糊糊的，这里简单为大家介绍一下：

　　1）ICP -（In-circuit programmer）

　　ICP表示在电路编程，MCU内部不需要有程序，直接上电就能够进行对程序存储区域进行编程的方式，我们平时使用JTAG或者SWD等等就属于这种方式。

　　2）ISP - （In-system programer）

　　ISP表示在系统编程，通过MCU专用的串行编程接口进行编程，那也就是说MCU需要具有运行的外部条件，比如需要有晶振等等。比如说平时使用的stm32通过设置boot引脚设置对应启动模式，然后通过串口等对内部Flash进行升级，可以说这种方式就是厂家在芯片内部固化了一个BootLoader程序。

　　3）IAP - （In-application programer）

　　IAP表示在应用编程，这种名词应该是大家在平时学习过程中见得比较多的，相当于自己定制一个BootLoader程序，自己通过编程设计可以实现各种升级的方式比如串口、CAN、以太网等等，非常的灵活。其实这个BootLoader程序也是我们自己设计的程序，你也可以认为是一个App程序，相当于通过对App划分职责对自己进行更新和升级。这种方式也就是我们今天话题的主角。

　　二、MCU软件升级设计思路

　　对于我们的MCU现在大部分的都是使用Flash来存储程序，同时程序内部也会有读写Flash的接口函数，中断也可以方便的重定位，这样就非常适合IAP程序的开发。

　　1）IAP升级V1.0

　　升级软件设计图：

　　我们把MCU的Flash分区分为如上图所示的三个部分，Bootloader就是我们所要编写的启动程序，App程序为项目的实际应用程序，Param区域是用于存储相应的版本App的版本信息以及完整性校验标志序列等传递数据区域。

　　工作方式1：当MCU启动以后运行Bootloader程序，检测到Param参数区域是否存在App记录，如果存在App直接运行App程序即可，如果不存在，则向PC机请求App文件。

　　工作方式2：当MCU运行App过程中，接收到PC机的升级请求，更新Param参数区域，并跳转到BootLoader进行App程序的接受和升级，升级完成以后处理Param参数区域并运行对应的新App程序。

　　V1.0算是比较常规的应用案例，我们都知道对MCU内部Flash进行编程一般会有解锁、擦除、写入和验证几个阶段，当我们擦除原来MCU存储的App程序以后如果手头上没有相关的固件，基本上就不能恢复了，这样如果我们想退回到之前的版本不可能了！于是升级方案还需要在改善一下。

　　2）IAP升级V2.0

　　为了解决V1.0提出的问题我们App分成了两部分如下图所示：

　　解析一下：上面两张图的原理是一样的，都是把接收到的新App保存起来（如果你用于备份老的App也是可以的），图1是通过把MCU内部Flash进行划分，一部分用于存储新App，另外一部分是原来运行的App区域，这样的话，当我们通过bootloader接收完完整的新App进行校验、解密处理以后便可以写入到平时运行的App区域，从而防止了V1.0在升级过程中掉电、通信异常导致擦除了App的问题。

　　同时，我们也可以把上一版本App备份到我们预留的内部Flash或者外部存储设备中，如果想还原系统即可直接通过PC发送相应命令进行恢复即可。

　　好了，又有小伙伴提出问题，大家都知道我们自己编写的BootLoader是非常灵活的，可以支持多种通信协议的升级模式，不过在前期我们可能没有考虑完善，后续想进一步完善相应功能就需要我们对Bootloader进行升级，那么我们可以通过App对Bootloader进行升级操作，一般这种方式就可以满足需求，不过如果在升级BootLoader过程中发生故障，那Bootloader全部被擦除导致整个MCU变成了个砖头。好吧，是时候上V3.0版本的IAP程序了。

　　3）IAP升级V3.0

　　为了解决V2.0问题，作者设计了第三种升级方式：

　　解析一下：在V2.0的基础上我们增加了Bootloader2，对于Bootloader1相当于固化在MCU中自定义的一种升级方式，而Bootloader2是可以根据我们启动升级需求进行升级的区域，这样即使在升级过程中擦除，我们也可以通过BootLoader1或者App2来进行恢复Bootloader2。

　　不过具体的实现过程会设计到较多的逻辑处理，大家在实现该方案的同时需要前期进行软件上的设计和梳理。