STM32實(shí)現(xiàn)IAP功能的學(xué)習(xí)筆記

最近因項(xiàng)目需求要實(shí)現(xiàn)STM32的在線升級(jí)即IAP功能，先將這幾天的學(xué)習(xí)體會(huì)和IAP的具體實(shí)現(xiàn)總結(jié)出來(lái)，分享給大家，希望對(duì)同樣實(shí)現(xiàn)IAP的童鞋有所幫助，文中最后會(huì)上傳名為STM32_Update.zip的壓縮文件里面包含了STM32_App、STM32_MyBoot_V1.0和升級(jí)軟件STM32_UpdateSoftware的源碼文件供大家參考。所有程序都經(jīng)過(guò)測(cè)試，可以直接在原子哥的開(kāi)發(fā)板上跑，上位機(jī)的升級(jí)軟件大家可以直接打開(kāi)
STM32_UpdateSTM32_UpdateSoftwareReleaseSTM32_UpdateSoftware.exe來(lái)升級(jí)，如果需要查看源碼請(qǐng)用VS2010打開(kāi)工程文件。

最終要實(shí)現(xiàn)的是：
單片機(jī)每次上電會(huì)先運(yùn)行Boot程序，檢查標(biāo)志位如果標(biāo)志位為FLAG_TO_APP則直接跳轉(zhuǎn)到App程序運(yùn)行，如果標(biāo)志位為FLAG_TO_BOOT，則運(yùn)行Boot程序準(zhǔn)備升級(jí)。在運(yùn)行App程序時(shí)，當(dāng)接收到升級(jí)的指令后會(huì)在FLASH中的某處空間寫(xiě)下升級(jí)的標(biāo)志位FLAG_TO_BOOT，并且加載Boot程序，Boot程序會(huì)接受新的程序文件并且存儲(chǔ)在相應(yīng)的FLASH空間里，完成升級(jí)后會(huì)在標(biāo)志位的空間寫(xiě)下FLAG_TO_APP，并且運(yùn)行新的程序。

帖子包含如下幾個(gè)方面：
1. 什么是IAP?
2. STM32的啟動(dòng)模式？
3. STM32的FLASH分布？
4. STM32程序的運(yùn)行過(guò)程？
5. BootLoader程序的編寫(xiě)（如何實(shí)現(xiàn)程序的動(dòng)態(tài)加載）？
6. App程序的編寫(xiě)？
7. bin文件的轉(zhuǎn)換？
8. 上位機(jī)串口升級(jí)軟件的簡(jiǎn)介
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1. 什么是IAP？
IAP的知識(shí)網(wǎng)上的各種資料也說(shuō)的比較明白，在此簡(jiǎn)單介紹一下。IAP（ In Application Programming）即在線應(yīng)用編程，也就是用戶可以使用自己的程序?qū)纹瑱C(jī)的User Flash的某一區(qū)域（一般為存放自己程序的區(qū)域）進(jìn)行燒寫(xiě)。在真正的工作中產(chǎn)品發(fā)布后，可以很方便的使用預(yù)留的通信接口（串口、USB、網(wǎng)口、藍(lán)牙等）來(lái)完成程序的升級(jí)，從而避免了把機(jī)器拆開(kāi)使用下載器燒寫(xiě)程序。要實(shí)現(xiàn)IAP功能一般要設(shè)計(jì)兩部分代碼，一是BootLoader程序，這部分程序存儲(chǔ)在FLASH的某一位置，主要用來(lái)引導(dǎo)、升級(jí)App程序；二是App程序，這個(gè)程序才是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的功能程序。通過(guò)BootLoader來(lái)完成對(duì)App程序的更新升級(jí)，這就是IAP功能。
2. STM32的啟動(dòng)模式
很多初學(xué)者對(duì)于STM32的啟動(dòng)并不是很了解，這在《STM32的參考手冊(cè)》以及網(wǎng)上各種資料里也有介紹，下面再簡(jiǎn)單介紹一下：
STM32有三種啟動(dòng)方式，主要是通過(guò)管腳BOOT0和BOOT1的連接方式來(lái)控制的，如下圖所示，因?yàn)槲覀円尦绦驈闹鞔鎯?chǔ)器啟動(dòng)，因而在硬件 設(shè)計(jì)時(shí)要選擇第一種方式把BOOT0接到GND，BOOT1任意，可以拉高也可以拉低。

note:STM32上電啟動(dòng)并不是直接進(jìn)入main函數(shù)，而是先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，這個(gè)函數(shù)的調(diào)用是在啟動(dòng)文件startup_stm32f10x_hd.s（因?yàn)槲业膯纹瑱C(jī)是STM32F103RCT6,大容量芯片所以是這個(gè)文件）中執(zhí)行復(fù)位中斷Reset_Handler時(shí)被調(diào)用的，執(zhí)行完復(fù)位中斷才會(huì)進(jìn)入main函數(shù)。
3.STM32 FLASH的分布
STM32每種型號(hào)單片機(jī)的FLASH大小及地址分配在芯片手冊(cè)里都有介紹，我使用的是STM32F103RCT6的型號(hào)其FLASH為256K屬于大容量產(chǎn)品其
FLASH的分布如下圖：主存儲(chǔ)塊的地址是從0x08000000到0x0803FFFF共256K


我們?cè)谠O(shè)計(jì)程序時(shí)把FLASH分成3部分，第一部分從0x08000000到0x0800FFFF共64K來(lái)存放BootLoader程序，第二部分為0x08010000
到0x0802FFFF共128K來(lái)存放App程序，第三部分從0x08030000開(kāi)始到0x803FFFF共64K來(lái)存放程序運(yùn)行的標(biāo)志位和其他，如下所示：

4. STM32程序的運(yùn)行過(guò)程
STM32的程序運(yùn)行過(guò)程在很多資料里也都有介紹，因?yàn)镾TM32F103的單片機(jī)是基于Cortex-M3核的，它的內(nèi)部主要是通過(guò)中斷向量表來(lái)響應(yīng)各種中斷，內(nèi)部閃存的起始地址是0x08000000，中斷向量表的起始地址是0x8000004，程序啟動(dòng)后，將首先從“中斷向量表”取出復(fù)位中斷向量執(zhí)行復(fù)位中斷程序完成啟動(dòng)，當(dāng)中斷來(lái)臨時(shí)STM32 的內(nèi)部硬件機(jī)制亦會(huì)自動(dòng)將 PC 指針定位到“中斷向量表”處，并根據(jù)中斷源取出對(duì)應(yīng)的中斷向量執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。

如上圖所示STM32的正常啟動(dòng)流程是：
a. STM32上電后會(huì)從 0x8000004 處取出復(fù)位中斷向量的地址，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行復(fù)位中斷服務(wù)程序，如標(biāo)號(hào)1所示；
b. 復(fù)位中斷復(fù)位程序執(zhí)行完成之后就會(huì)跳轉(zhuǎn)到我們的main函數(shù)如標(biāo)號(hào)2所示；
c. main函數(shù)一般為死循環(huán)，當(dāng)其收到某一中斷請(qǐng)求之后STM32會(huì)強(qiáng)制把PC指針指向中斷向量表，如標(biāo)號(hào)3所示；
d. 查詢中斷向量表，根據(jù)中斷源來(lái)跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序中執(zhí)行響應(yīng)的操作；如標(biāo)號(hào)4、5所示；
e. 執(zhí)行完中斷服務(wù)程序之后會(huì)再回到main函數(shù)中，如標(biāo)號(hào)6所示。
以上是STM32的正常運(yùn)行過(guò)程，而當(dāng)加入IAP程序之后，運(yùn)行流程就如下所示：

加入IAP后程序運(yùn)行如下：
a. STM32復(fù)位之后還是從0x8000004處獲取中斷向量表的地址，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行復(fù)位中斷服務(wù)程序，如標(biāo)號(hào)1所示；
b. 執(zhí)行完復(fù)位中斷服務(wù)程序之后回調(diào)轉(zhuǎn)到IAP的main函數(shù)中，如標(biāo)號(hào)2所示；
c. IAP的過(guò)程就是通過(guò)某種選定的通信方式（如串口）來(lái)接收程序文件，并且存儲(chǔ)在指定的FLASH空間里，隨后會(huì)加載新的程序，而新程序
的復(fù)位中斷向量起始地址為0X08000004+N+M，取出新程序的復(fù)位中斷向量的地址，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行新程序的復(fù)位中斷服務(wù)程序，隨后跳轉(zhuǎn)
至新程序的 main 函數(shù)，如標(biāo)號(hào)3、4所示；
d. 此時(shí)在STM32的FLASH里面會(huì)有兩個(gè)中斷向量表，在新程序 main 函數(shù)執(zhí)行的過(guò)程中，當(dāng)中斷來(lái)臨時(shí)PC指針仍會(huì)回跳轉(zhuǎn)至地址為
0x8000004 中斷向量表處，而并不是新程序的中斷向量表，這是由STM32的硬件機(jī)制決定的，如標(biāo)號(hào)5所示；
e. 查詢中斷向量表，根據(jù)中斷源來(lái)跳轉(zhuǎn)到新的中斷服務(wù)程序中執(zhí)行響應(yīng)的操作，如標(biāo)號(hào)6所示；
f. 執(zhí)行完中斷服務(wù)程序之后會(huì)再回到main函數(shù)中，如標(biāo)號(hào)7、8所示。
note:
由上可知新的程序在FLASH中必須放在IAP程序之后的某個(gè)地址里，這里我的程序中設(shè)置的是0x08010000即偏移量為0x10000，而且新程序
的中斷向量表也要做相應(yīng)的偏移，偏移量也為0x10000（地址的設(shè)置可以通過(guò)編譯軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，下文會(huì)有介紹）。

5. BootLoader程序的編寫(xiě)
BootLoader程序主要的功能是接收新的程序并把它存儲(chǔ)在FLASH的特定位置，然后加載新的程序運(yùn)行。單片機(jī)每次上電都會(huì)先讀取一個(gè)
標(biāo)志位，根據(jù)此標(biāo)志位來(lái)決定是運(yùn)行APP程序還是來(lái)運(yùn)行自己來(lái)升級(jí)。
flag =STMFLASH_ReadHalfWord(FLASH_ADDR_UPDATE_FLAG); （FLASH_ADDR_UPDATE_FLAG 是0x08030000的地址）
當(dāng)flag = FLAG_TO_APP 則加載App程序，否則執(zhí)行升級(jí)程序。
在我的程序中通過(guò)串口來(lái)完成程序bin文件的傳輸,為了通信安全制定通信協(xié)議，串口接收分為兩種：
a. 指令的接收，長(zhǎng)度為16個(gè)字節(jié)，協(xié)議示例為
test[16] = {55, aa, 01, 指令長(zhǎng)度，命令碼，00,00，...00, 和校驗(yàn)位}
和校驗(yàn)位 = 0 - 前15字節(jié)的和，
b. 程序文件的接收，每包數(shù)據(jù)為(2048 + 6)個(gè)字節(jié)，示例為：
test[2054] = {55, aa, 01, 包號(hào)，命令碼，數(shù)據(jù)文件2048字節(jié)，和校驗(yàn)位}
之所以設(shè)置以上的通信協(xié)議就是為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。

Boot程序的主函數(shù)

Boot程序的main函數(shù)里主要是讀取標(biāo)志位flag根據(jù)flag的值來(lái)決定是加載現(xiàn)有的App程序還是運(yùn)行自身的升級(jí)程序，在自身運(yùn)行時(shí)會(huì)定時(shí)給上位機(jī)軟件發(fā)送BOOT準(zhǔn)備完成的指令，告訴上位機(jī)我準(zhǔn)備好了，并運(yùn)行ReceiveUsartData();根據(jù)串口中斷里的標(biāo)志信息來(lái)完成對(duì)指令和程序文件的接收。
intmain(void)
{
int flag = 3;
int nCount = 0;
delay_init();
uart_init(115200);
LED_Init();
TIM3_Init(99, 719);//10ms定時(shí)
flag = STMFLASH_ReadHalfWord(FLASH_ADDR_UPDATE_FLAG);//讀取標(biāo)志位
while(1)
{
//FLASH_EraseAllPages();//僅在擦除所有FLASH時(shí)打開(kāi)
if(flag == FLAG_TO_APP)
{
Iap_Load_App(FLASH_ADDR_APP);
}
else
{
ReceiveUsartData(); //串口接收
if(Flag10MS == 1)
{
Flag10MS = 0;
nCount++;
if(nCount == 10)//100ms
{
nCount = 0;
USARTxSendRespondToServer(USART1, SERIAL_CODE_STM32_UPDATE_PREPAR_BOOT_OK);//不能發(fā)送過(guò)快否則會(huì)有臟數(shù)據(jù)
LED0 = !LED0;
}
}
}
}
}

串口初始化程序