stm32cubeMX學(xué)習(xí)、USB DFU(Download Firmware Update)固件更新

時間：2020-09-08 02:03:14

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[導(dǎo)讀]本程序編寫基于秉火霸道STM32F103ZET6運(yùn)行環(huán)境。最近疫情期間，特地將自己大部分硬件資源全部用熱膠搶焊到了一起，以便以后自己復(fù)習(xí)和學(xué)習(xí)，當(dāng)然還有很多，弄不上來了，只能等以后有機(jī)會再重新搞一塊！我還是非常舍得花錢買設(shè)備的！哈哈！這是一個STM32+Linu

本程序編寫基于秉火霸道STM32F103ZET6運(yùn)行環(huán)境。

最近疫情期間，特地將自己大部分硬件資源全部用熱膠搶焊到了一起，以便以后自己復(fù)習(xí)和學(xué)習(xí)，當(dāng)然還有很多，弄不上來了，只能等以后有機(jī)會再重新搞一塊！我還是非常舍得花錢買設(shè)備的！哈哈！這是一個STM32+Linux+51的大雜燴開發(fā)平臺！

1、產(chǎn)生問題

公司的產(chǎn)品，每次生產(chǎn)燒寫程序都得把機(jī)器拆開，然后插上串行線或者ST-Link進(jìn)行燒寫，產(chǎn)品量產(chǎn)的情況下數(shù)量很多，所以生產(chǎn)每次都需要花費很長去時間去給機(jī)器燒程序(這里我們用野火的開發(fā)板來模擬)。

2、現(xiàn)有的硬件接口

現(xiàn)在的產(chǎn)品(野火的STM32F103ZET6開發(fā)板)有一個USB接口，硬件連接圖如下：

如上圖所示，當(dāng)PD3為低電平的時候，USB接口供電，即可用，這一點在上一篇文章已經(jīng)講解了，我們在STM32CubeMX把這個管腳默認(rèn)拉低即可。

3、分析問題

STM32CubeMX支持了與USB相關(guān)的諸多配置功能，請看如下：

于我們需要使用USB接口來更新程序，所以我們需要在配置USB設(shè)備模式的時候給它選擇Download Firmware Update Class(DFU)。

1、USB燒寫原理及流程分析

1.1 燒寫原理

這點與IAP升級是大同小異的，只不過這里我們使用了USB來燒寫，之前寫過類似的一篇文章：帶串口屏顯示的BootLoader程序開發(fā) 在這篇文章里面也介紹了相應(yīng)的原理，這里就不再重復(fù)描述，我們負(fù)責(zé)把這篇文章里提到的幾點實現(xiàn)就可以了。

1.2 程序存儲分區(qū)

STM32F103ZET6的FLASH容量一共有512KB。所以，我給BootLoader的大小是64K,也就是0x10000，具體是怎么算的呢？

0x10000轉(zhuǎn)十進(jìn)制為65536，65536/1024 = 64K

把剩下的空間全部分配給APP，也就是0x70000，具體是怎么算的呢？

0x70000轉(zhuǎn)十進(jìn)制為458752，458752/1024 = 448K

4、解決問題

4.1 配置編寫B(tài)ootLoader程序的CubeMX工程

4.1.1 配置RCC時鐘

4.1.2 配置串行調(diào)試接口

4.1.3 配置按鍵、調(diào)試燈、調(diào)試串口、USB使能管腳

調(diào)試燈選擇的是PB1，低電平點亮，具體可以看原理圖：

USB使能管腳默認(rèn)為低電平。

選用USART2作為調(diào)試打印輸出。

4.1.4 配置USB相關(guān)的選項

配置的基本參數(shù)默認(rèn)即可，不需要改變。

在中斷設(shè)置這里，將USB優(yōu)先級調(diào)低，可以避免一些默認(rèn)其妙不穩(wěn)定的現(xiàn)象。接下來配置USB設(shè)備相關(guān)的選項。

類參數(shù)有一個字段比較重要：

@Internal Flash /0x08000000/03*016Ka,01*016Kg,01*064Kg,07*128Kg,04*016Kg,01*064Kg,07*128Kg

這個參數(shù)的具體含義描述如下：

@:檢測到這是一個特殊的映射描述符（避免解碼標(biāo)準(zhǔn)描述符）
/：用于區(qū)域之間的分隔符
每個地址以“ 0x”開頭的最大8位數(shù)字
/：用于區(qū)域之間的分隔符
扇區(qū)數(shù)的最大2位數(shù)字
*：用于扇區(qū)數(shù)和扇區(qū)大小之間的分隔符
扇區(qū)大小在0到999之間的最大3位
扇區(qū)大小乘數(shù)的1位數(shù)字。有效條目為：B（字節(jié)），K（千），M（兆）
扇區(qū)類型的1位數(shù)字，如下所示：

– a（0x41）：可讀
– b（0x42）：可擦除
– c（0x43）：可讀和可擦除
（0x44）：可寫
– e（0x45）：可讀寫
–f（0x46）：可擦除和可寫
–g（0x47）：可讀寫，可寫

4.1.5 生成工程

這里默認(rèn)不讓它自動生成main函數(shù)，main函數(shù)我們自己寫。在配置USB設(shè)備參數(shù)里，USBD_DFU_XFER_SIZE參數(shù)：USB數(shù)據(jù)pack大小，越大配置速度越快。默認(rèn)配置1024Bytes. 1024Bytes使用的是堆空間，故堆空間要大于1024Bytes. 原因：代碼如下。

#define USBD_malloc         malloc
/* Allocate Audio structure */
pdev->pClassData = USBD_malloc(sizeof (USBD_DFU_HandleTypeDef));

所以這里的堆我把它配置成0x1000。(個人習(xí)慣)

4.2 編寫B(tài)ootLoader程序

4.2.1 實現(xiàn)usbd_dfu_if.c中相關(guān)的接口

宏定義一些參數(shù)

//FLASH的擦寫實現(xiàn)
#define FLASH_ERASE_TIME    (uint16_t)50
#define FLASH_PROGRAM_TIME  (uint16_t)50
//APP存放的結(jié)束地址
#define USBD_DFU_APP_END_ADD 0x08080000
//FLASH頁大小
#define FLASH_PAGE_SIZE 0x800U //2K

實現(xiàn)如下接口：

MEM_If_Init_FS,       閃存初始化，解鎖內(nèi)部flash。
MEM_If_DeInit_FS,     閃存反（取消）初始化，上鎖內(nèi)部flash。
MEM_If_Erase_FS,      閃存擦除。
MEM_If_Write_FS,      閃存寫入。
MEM_If_Read_FS,       閃存讀取。
MEM_If_GetStatus_FS   獲取閃存狀態(tài)，返回寫入或擦除操作所需的時間。

閃存初始化，解鎖內(nèi)部flash。

uint16_t MEM_If_Init_FS(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 0 */
  //解鎖內(nèi)部FLASH
    HAL_FLASH_Unlock();
    //清除FLASH的一些標(biāo)志，可以避免一些莫名其妙的問題
    __HAL_FLASH_CLEAR_FLAG(FLASH_FLAG_EOP | FLASH_FLAG_WRPERR | FLASH_FLAG_PGERR);
    return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 0 */
}

閃存反（取消）初始化，上鎖內(nèi)部flash。

uint16_t MEM_If_DeInit_FS(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */
  //給FLASH上鎖
    HAL_FLASH_Lock();
    return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 1 */
}

閃存擦除。

uint16_t MEM_If_Erase_FS(uint32_t Add)
{
  /* USER CODE BEGIN 2 */
    /*擦除整個APP程序存放的空間,即是0x08080000-0x08010000*/
    /*
        因為起始地址是0x8000000，而Size是0x80000，所以MCU存放代碼的最后一個區(qū)域的地址為0x8080000。
        而DFU占了其中的0x10000的空間。
    */
    uint32_t NbOfPages = 0 ;
    uint32_t PageError = 0 ;
    FLASH_EraseInitTypeDef pEraseInit ;
    NbOfPages = (USBD_DFU_APP_END_ADD - USBD_DFU_APP_DEFAULT_ADD)/FLASH_PAGE_SIZE ;
    pEraseInit.TypeErase = FLASH_TYPEERASE_PAGES;
    pEraseInit.PageAddress = USBD_DFU_APP_DEFAULT_ADD;
    pEraseInit.NbPages = NbOfPages;      //erase all pages of APP
    if(HAL_FLASHEx_Erase(&pEraseInit,&PageError)!= HAL_OK)
        return USBD_FAIL ;
    return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 2 */
}

閃存寫入。

uint16_t MEM_If_Write_FS(uint8_t *src, uint8_t *dest, uint32_t Len)
{
  /* USER CODE BEGIN 3 */
    uint32_t i =0;
    
    for(i=0;i<Len;i+=4)
    {
        if(HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_WORD,(uint32_t)(dest+i),*(uint32_t*)(src+i))== HAL_OK)
        {
            if(*(uint32_t*)(src+i) != *(uint32_t*)(dest+i))
				return USBD_FAIL;
        }
        else
        {
            return USBD_FAIL;
        }
    }
    return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 3 */
}

閃存讀取

uint8_t *MEM_If_Read_FS(uint8_t *src, uint8_t *dest, uint32_t Len)
{
  /* Return a valid address to avoid HardFault */
  /* USER CODE BEGIN 4 */
    uint32_t i = 0;
    uint8_t *psrc = src;
 
    for (i = 0; i < Len; i++)
    {
        dest[i] = *psrc++;
    }
 
    return (uint8_t*) (dest);
  /* USER CODE END 4 */
}

獲取閃存狀態(tài)，返回寫入或擦除操作所需的時間。

uint16_t MEM_If_GetStatus_FS(uint32_t Add, uint8_t Cmd, uint8_t *buffer)
{
  /* USER CODE BEGIN 5 */
    switch (Cmd)
    {
        case DFU_MEDIA_PROGRAM:
            buffer[1] = (uint8_t)FLASH_PROGRAM_TIME;
            buffer[2] = (uint8_t)(FLASH_PROGRAM_TIME << 8);
            buffer[3] = 0;
            break;

        case DFU_MEDIA_ERASE:
            buffer[1] = (uint8_t)FLASH_ERASE_TIME;
            buffer[2] = (uint8_t)(FLASH_ERASE_TIME << 8);
            buffer[3] = 0;
            break ;
        default:
           
            break;
    }

    return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 5 */
}

4.2.1 實現(xiàn)main.c

定義調(diào)試打印接口，這里我用的是USART2

int fputc(int ch, FILE* FILE)
{
    HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY);
    return ch;
}

跳轉(zhuǎn)到APP的代碼實現(xiàn):

static void JumpToApp(void)
{
    typedef  void (*pFunction)(void);
    static pFunction JumpToApplication;
    static uint32_t JumpAddress;

    /* Test if user code is programmed starting from USBD_DFU_APP_DEFAULT_ADD * address */
    if (((*(__IO uint32_t *) USBD_DFU_APP_DEFAULT_ADD) & 0x2FFE0000) == 0x20000000)
    {
        /* Jump to user application */
        JumpAddress = *(__IO uint32_t *) (USBD_DFU_APP_DEFAULT_ADD + 4);
        JumpToApplication = (pFunction) JumpAddress;

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

在正常啟動過程中，如果APP區(qū)域存放有數(shù)據(jù)，我們不希望去啟動USB，在剛開始的時候我們可以把USB的功能給失能掉，如果檢測到APP區(qū)域沒有數(shù)據(jù)，則再初始化USB功能，所以在這里編寫一個USB的失能函數(shù)。

static void USB_GPIO_DeInit(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

    /* GPIO Ports Clock Enable */
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

    /*Configure GPIO pin Output Level */
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_11 | GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_RESET);

    /*Configure GPIO pin*/
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_11 | GPIO_PIN_12;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLDOWN;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
    HAL_Delay(500);
}

main函數(shù)實現(xiàn)

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    USB_GPIO_DeInit();
    MX_USART2_UART_Init();
    /*如果沒有按下按鍵，則自動跳轉(zhuǎn)到APP區(qū)，如果跳轉(zhuǎn)不過去，則代表區(qū)域無APP*/
    if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port, KEY1_Pin) != GPIO_PIN_SET)
    {
        JumpToApp();
        printf("跳轉(zhuǎn)失敗，開始進(jìn)入DFU模式\r\n");
    }
    //進(jìn)入DFU模式
    MX_USB_DEVICE_Init();
    printf("Bruce.Yang DFU\n");
    //調(diào)試燈常亮，代表此時在DFU模式
    HAL_GPIO_WritePin(LED_BLUE_GPIO_Port, LED_BLUE_Pin,GPIO_PIN_RESET);
    while(1)
    {
        HAL_Delay(1000);
    }
}

實現(xiàn)完畢，接下來可以編譯程序，下載到開發(fā)板，由于沒有APP，所以開發(fā)板上PB1的燈常亮。

4.2.2 編寫APP程序

APP程序很簡單，就讓PB1燈以500ms的頻率進(jìn)行翻轉(zhuǎn)吧。

配置過程(略)太簡單了，應(yīng)用APP的核心代碼如下：

 while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */
    HAL_GPIO_TogglePin(BLUE_LED_GPIO_Port,BLUE_LED_Pin);
    HAL_Delay(500);
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }

接下來主要是在工程里做一些設(shè)置。

1、點擊魔術(shù)棒設(shè)置APP啟動的地址

2、更改中斷向量表偏移

接下來編譯生成APP_TEST.hex文件，我們用一個工具來將它燒寫到板子上。

安裝DFU燒錄軟件：DfuSe_Demo

官網(wǎng)下載鏈接：

https://www.st.com/content/st_com/en/products/development-tools/software-development-tools/stm32-software-development-tools/stm32-programmers/stsw-stm32080.html#resource

默認(rèn)安裝即可。

安裝成功后得到兩個軟件。

Dfu file manager是把bin文件或者h(yuǎn)ex文件生成 .dfu后綴的文件， .dfu后綴的文件就是我們的固件。DfuSe_Demo是燒錄文件后綴 .dfu 軟件。

燒錄步驟：

1、將.hex文件轉(zhuǎn)化成.dfu后綴的文件

生成后可以看到效果：

2、連接USB到開發(fā)板的設(shè)備端口到PC

看到?jīng)]有識別DFU

我們需要手動給它更新下驅(qū)動程序，直接就是剛剛下載的DfuSe安裝的目錄下找對應(yīng)系統(tǒng)版本的驅(qū)動就好了。

最后可以看到該模式被識別了：

接下來打開DfuSeDemo這個軟件，可以看到開發(fā)板現(xiàn)在已經(jīng)被識別了。

接下來將剛剛生成的APP_TEST1.dfu加載進(jìn)來。

點擊Upgrade進(jìn)行升級。

升級成功！接下來點擊Leave DFU mode，程序則會自動開始執(zhí)行。

這時候APP已經(jīng)跑起來了，燈在以500ms的頻率不斷閃爍。

至此USB DFU固件成功！

Bootloader代碼以及APP代碼在這里下載：

鏈接：https://pan.baidu.com/s/1zRv7j4E8SXgCV5F6RbSo1Q
提取碼：5539

如果有興趣的話，還可以把我之前寫的串口屏BootLoader那個程序繼續(xù)升級一下！

帶串口屏顯示的Bootloader

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