使用DFU方案实现STM32单片机的高级开发

技术让梦想更伟大 2022-11-28 2694

技术让梦想更伟大

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描述

          什么是 DFU

　　DFU全称为Device Firmware update，是ST官方推出的一个通过USB接口进行IAP升级的方案，同串口ISP一样，他们都集成在了芯片内部的Bootloader区段，可以通过配置boot引脚来启动。（具体可参照ST文档：AN2606）。不过内置DFU的芯片大部分型号都比较新，如果你用的型号没有内置DFU程序，没关系我们也可以通过CubeMX来快速生成和移植一个DFU功能程序到你的Flash中来使用。

　　DFU方案完整的组件包括单片机DFU Demo代码、PC端升级程序、PC端Demo代码以及相关资料手册等。通过使用DFU方案，我们可以快速的集成升级功能到开发的产品中，同时还能够快速的开发与之配套的升级程序。

　　使用CubeMX生成初始工程

　　由于官方提供的DFU例程并不多，我们很难找到现成的可已使用DFU程序，但是通过CubeMX我们可以很快速的配置和生成DFU的Bootloader，下面我们正式开始。

　　新建CubeMX工程

　　首先选定好IC的型号，进入配置界面，由于只是Bootloader代码所以这里我们只需要配置USB功能和一个做Bootloader触发的引脚就可，其余的时钟等部分一切按照正常方式配置。

　　设置USB引脚功能

　　设定USB模式为Device（HS还是FS并不影响DFU的功能，按照应用选择就可）。

　　

芯片

　　开启DFU组件

　　在MiddleWares中加入USB DFU组件

　　

芯片

　　设置DFU参数

　　开启DFU组件后，CubeMX的程序设置窗口的MiddleWares中就会出现DFU程序设置按钮。

芯片

　　点开它将APP加载的地址改为0x0800_c000，这个加载地址根据你实际的应用设置，目前我们选择让flash的前三个sector为Bootloader的区域。

芯片

　　第二个全是字段的参数是用来在DFU连接升级软件式传输给软件用来获取Flash结构字符串数据，很好理解这个小协议的内容，点击设置后，下方的CubeMX的参数说明也写的很清晰，这里就不多说了。当然这些参数也在工程生成后在 usbd_conf.h 和 usbd_dfu_if.c 文件中修改。

芯片

　　最后的设置

　　最后我们添加一个外部的按键作为触发单片机启动时进入DFU的方式，按键按下后就启动DFU模式，否则直接加载后方APP程序，这里选用PA0引脚，给它设置个User Label 就叫 USER_BTN_GPIO_Port。

　　

芯片

　　修改补全工程

　　实现 DFU 功能代码

　　打开 src 目录下的 usbd_dfu_if.c 文件补全其中的功能代码

　　Flash 解锁

  1. uint16_t MEM_If_Init_HS(void)
{
    HAL_FLASH_Unlock();
    return (USBD_OK);
}

    Flash 上锁

    uint16_t MEM_If_DeInit_HS(void)
{
    HAL_FLASH_Lock();
    return (USBD_OK);
}

    Flash 擦除

    static uint32_t GetSector(uint32_t Address)
{
     uint32_t sector = 0;

     if ((Address < ADDR_FLASH_SECTOR_1) && (Address >= ADDR_FLASH_SECTOR_0))
     {
        sector = FLASH_SECTOR_0;
     }

     ......

      }
      else if ((Address < ADDR_FLASH_SECTOR_23) && (Address >= ADDR_FLASH_SECTOR_22))
      {
        sector = FLASH_SECTOR_22;
      }
      else
      {
        sector = FLASH_SECTOR_23;
      }
      return sector;
    }

    uint16_t MEM_If_Erase_HS(uint32_t Add)
    {
      uint32_t startsector = 0;
      uint32_t sectornb = 0;
      /* Variable contains Flash operation status */
      HAL_StatusTypeDef status;
      FLASH_EraseInitTypeDef eraseinitstruct;

      /* Get the number of sector */
      startsector = GetSector(Add);

      eraseinitstruct.TypeErase = FLASH_TYPEERASE_SECTORS;
      eraseinitstruct.VoltageRange = FLASH_VOLTAGE_RANGE_3;
      eraseinitstruct.Sector = startsector;
      eraseinitstruct.NbSectors = 1;
      status = HAL_FLASHEx_Erase(&eraseinitstruct, §ornb);

      if (status != HAL_OK)
      {
        return (USBD_FAIL);
      }
      return (USBD_OK);
}

    Flash 写入

    uint16_t MEM_If_Write_HS(uint8_t *src, uint8_t *dest, uint32_t Len)
{
    uint32_t i = 0;

    for (i = 0; i < Len; i += 4)
    {
        /* Device voltage range supposed to be [2.7V to 3.6V], the operation will
       be done by byte */
        if (HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_WORD, (uint32_t)(dest + i), *(uint32_t *)(src + i)) == HAL_OK)
        {
          /* Check the written value */
          if (*(uint32_t *)(src + i) != *(uint32_t *)(dest + i))
          {
            /* Flash content doesn't match SRAM content */
            return (USBD_FAIL);
          }
        }
        else
        {
          /* Error occurred while writing data in Flash memory */
          return (USBD_FAIL);
        }
    }
    return (USBD_OK);
}

    Flash 读取

    uint8_t *MEM_If_Read_HS(uint8_t *src, uint8_t *dest, uint32_t Len)
{
      /* Return a valid address to avoid HardFault */
      uint32_t i = 0;
      uint8_t *psrc = src;

      for (i = 0; i < Len; i++)
      {
        dest[i] = *psrc++;
      }
      /* Return a valid address to avoid HardFault */
      return (uint8_t *)(dest);
}

    获取 Flash 擦写时间参数

    uint16_t MEM_If_GetStatus_HS(uint32_t Add, uint8_t Cmd, uint8_t *buffer)
{
      /* USER CODE BEGIN 11 */
      uint16_t time;

      time = TimingTable[GetSector(Add)];

      switch (Cmd)
      {
      case DFU_MEDIA_PROGRAM:
        buffer[1] = (uint8_t)time;
        buffer[2] = (uint8_t)(time << 8);
        buffer[3] = 0;
        break;

          case DFU_MEDIA_ERASE:
          default:
        buffer[1] = (uint8_t)time;
        buffer[2] = (uint8_t)(time << 8);
        buffer[3] = 0;
        break;
      }
      return (USBD_OK);
      /* USER CODE END 11 */
}

    usbd_dfu_if.h 文件添加的宏定义

    /* Define flash address */// BLANK 1#define ADDR_FLASH_SECTOR_0 0x08000000#define ADDR_FLASH_SECTOR_1 0x08004000#define ADDR_FLASH_SECTOR_2 0x08008000#define ADDR_FLASH_SECTOR_3 0x0800C000#define ADDR_FLASH_SECTOR_4 0x08010000#define ADDR_FLASH_SECTOR_5 0x08020000#define ADDR_FLASH_SECTOR_6 0x08040000#define ADDR_FLASH_SECTOR_7 0x08060000#define ADDR_FLASH_SECTOR_8 0x08080000#define ADDR_FLASH_SECTOR_9 0x080A0000#define ADDR_FLASH_SECTOR_10 0x080C0000#define ADDR_FLASH_SECTOR_11 0x080E0000// BLANK 2#define ADDR_FLASH_SECTOR_12 0x08100000#define ADDR_FLASH_SECTOR_13 0x08104000#define ADDR_FLASH_SECTOR_14 0x08108000#define ADDR_FLASH_SECTOR_15 0x0810C000#define ADDR_FLASH_SECTOR_16 0x08110000#define ADDR_FLASH_SECTOR_17 0x08120000#define ADDR_FLASH_SECTOR_18 0x08140000#define ADDR_FLASH_SECTOR_19 0x08160000#define ADDR_FLASH_SECTOR_20 0x08180000#define ADDR_FLASH_SECTOR_21 0x081A0000#define ADDR_FLASH_SECTOR_22 0x081C0000#define ADDR_FLASH_SECTOR_23 0x081E0000/* Flash oprate time from datasheet page 128 */#define FLASH_SECTOR_16KB_WRITE_ERASE_TIME 500       //500 usb frame,means 500ms#define FLASH_SECTOR_64KB_WRITE_ERASE_TIME 1100#define FLASH_SECTOR_128KB_WRITE_ERASE_TIME 2000

  2. 修改Main文件

    首先在main文件前添加几个用于加载APP程序的变量和函数定义

    typedef void (*pFunction)(void);

pFunction JumpToApplication;
uint32_t JumpAddress;1234

    然后再 main 函数中加入 外部按键的判断、APP程序加载以及USB DFU初始化功能

    int main(void)
{
      /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
      HAL_Init();

      /* Configure the system clock */
      SystemClock_Config();

      /* Initialize all configured peripherals */
      MX_GPIO_Init();

      if (HAL_GPIO_ReadPin(USER_BTN_GPIO_Port, USER_BTN_Pin) == GPIO_PIN_SET)
      {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOG, LD3_Pin, GPIO_PIN_SET); // For debug
        /* Test if user code is programmed starting from address 0x0800C000 */
        if (((*(__IO uint32_t *)USBD_DFU_APP_DEFAULT_ADD) & 0x2FF80000) == 0x20000000)
        {
          HAL_GPIO_WritePin(GPIOG, LD4_Pin, GPIO_PIN_SET); // For debug
          /* Jump to user application */
          JumpAddress = *(__IO uint32_t *)(USBD_DFU_APP_DEFAULT_ADD + 4);
          JumpToApplication = (pFunction)JumpAddress;

          /* Reset of all peripherals */
          HAL_DeInit();

          /* Set interrupt vector to app code */
          SCB->VTOR = USBD_DFU_APP_DEFAULT_ADD;

          /* Initialize user application's Stack Pointer */
          __set_MSP(*(__IO uint32_t *)USBD_DFU_APP_DEFAULT_ADD);
          JumpToApplication();
        }
      }

      MX_USB_DEVICE_Init();

      while (1)
      {
      }
}

　　编译程序下载进入单片机

　　使用DfuSe

　　从ST官网DfuSe的程序安装包，并安装。然后我们按下之前写的触发按键并复位单片机，让单片机初始 USB DFU 功能，这时如果你插着单片机的USB线，系统应该已经识别了。如果没有右键更新驱动程序，手动指定驱动搜索路径在DfuSe安装目录下的 BinDriver 内。如果直接无法识别USB设备，建议在CubeMx配置完工程后就编译下载测试一下，看看是不是你在移植过程中哪里写错了。

　　

芯片

　　然后我们需要生成一个地址设定在0x0800_c000后的测试程序，就先编写一个 Blink LED 的程序吧，生成bin、hex或S19文件。然后我们打开DfuSe软件的Dfu file manager来生成DFU软件用的.dfu格式的文件。选择第一项，第二个是用来将.dfu反向变换回来的。大概的操作已经标在图片上了，操作比较简单就不做详细介绍了，记得把Address的地址改到偏移后的地址上否则下载会出错，其他参数可以不用修改。

　　

芯片

　　然后我们打开DfuSe程序，在Upgrade中选择生成好的blink.dfu文件，勾选校验功能，下载程序。成功后复位单片机，LED开始闪烁，移植成功。

　　

芯片

　　更多

　　仔细区看看DfuSe的安装目录，里面有DFU的资料文档，还有DFU的工程源代码，可以用来改写自己需要的DFU升级程序。

审核编辑：郭婷


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