本文是博主在學(xué)習(xí)OTA時(shí)，up主阿正推薦學(xué)習(xí)的文章，原作者leafguo，寫的非常簡(jiǎn)潔明了，在獲得授權(quán)后整理發(fā)布，可以在文末點(diǎn)擊閱讀原文跳轉(zhuǎn)到原文章。

簡(jiǎn)介

本文主要講解在線升級(jí)(OTA)的基礎(chǔ)知識(shí), 主要是針對(duì)IAP OTA從原理分析, 分區(qū)劃分, 到代碼編寫和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等過(guò)程闡述這一過(guò)程. 幫助大家加深對(duì)OTA的認(rèn)識(shí).

1. OTA基礎(chǔ)知識(shí)

什么是BootLoader?

BootLoader可以理解成是引導(dǎo)程序, 它的作用是啟動(dòng)正式的App應(yīng)用程序. 換言之, BootLoader是一個(gè)程序, App也是一個(gè)程序,  BootLoader程序是用于啟動(dòng)App程序的.

STM32中的程序在哪兒?

正常情況下, 我們寫的程序都是放在STM32片內(nèi)Flash中(暫不考慮外擴(kuò)Flash). 我們寫的代碼最終會(huì)變成二進(jìn)制文件, 放進(jìn)Flash中 感興趣的話可以在Keil>>>Debug>>>Memory中查看, 右邊Memory窗口存儲(chǔ)的就是代碼

接下來(lái)就可以進(jìn)入正題了.

進(jìn)行分區(qū)

既然我們寫的程序都會(huì)變成二進(jìn)制文件存放到Flash中, 那么我們就可以進(jìn)一步對(duì)我們程序進(jìn)行分區(qū). 我使用的是F103RB-NUCLEO開(kāi)發(fā)板,他的Flash一共128頁(yè), 每頁(yè)1K.見(jiàn)下圖:

以它為例, 我將它分為三個(gè)區(qū).BootLoader區(qū)、 App1區(qū)、 App2區(qū)(備份區(qū))具體劃分如下圖:

• BootLoader區(qū)存放啟動(dòng)代碼
• App1區(qū)存放應(yīng)用代碼
• App2區(qū)存放暫存的升級(jí)代碼

總體流程圖

• 先執(zhí)行 BootLoader程序, 先去檢查 APP2區(qū)有沒(méi)有程序, 如果有就將App2區(qū)(備份區(qū))的程序拷貝到 App1區(qū), 然后再跳轉(zhuǎn)去執(zhí)行 App1的程序.
• 然后執(zhí)行 App1程序, 因?yàn)? BootLoader和 App1這兩個(gè)程序的向量表不一樣, 所以跳轉(zhuǎn)到 App1之后第一步是先去更改程序的向量表. 然后再去執(zhí)行其他的應(yīng)用程序.
• 在應(yīng)用程序里面會(huì)加入程序升級(jí)的部分, 這部分主要工作是拿到升級(jí)程序, 然后將他們放到 App2區(qū)(備份區(qū)), 以便下次啟動(dòng)的時(shí)候通過(guò) BootLoader更新 App1的程序. 流程圖如下圖所示:

2. BootLoader的編寫

本節(jié)主要講解在線升級(jí)(OTA)的BooLoader的編寫，我將以我例程的BootLoader為例, 講解BootLoader(文末會(huì)提供免費(fèi)的代碼下載鏈接)，其他的大體上原理都差不多。

流程圖分析

以我例程的BootLoader為例：

我將App2區(qū)的最后一個(gè)字節(jié)(0x0801FFFC)用來(lái)表示App2區(qū)是否有升級(jí)程序, STM32在擦除之后Flash的數(shù)據(jù)存放的都是0xFFFFFFFF, 如果有, 我們將這個(gè)地址存放0xAAAAAAAA. 具體的流程圖見(jiàn)下圖所示

程序編寫和分析

所需STM32的資源有:

• 發(fā)送USART數(shù)據(jù)和printf重定向
• Flash的讀寫
• 程序跳轉(zhuǎn)指令,可以參考如下代碼:

/* 采用匯編設(shè)置棧的值 */
__asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
{
    MSR MSP, r0   //設(shè)置Main Stack的值
    BX r14
}


/* 程序跳轉(zhuǎn)函數(shù) */
typedef void (*Jump_Fun)(void);
void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
{
  Jump_Fun JumpToApp;

  if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 )  //檢查棧頂?shù)刂肥欠窈戏?
  {
    JumpToApp = (Jump_Fun) * ( __IO uint32_t *)(App_Addr + 4);  //用戶代碼區(qū)第二個(gè)字為程序開(kāi)始地址(復(fù)位地址)
    MSR_MSP( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr );                  //初始化APP堆棧指針(用戶代碼區(qū)的第一個(gè)字用于存放棧頂?shù)刂?
    JumpToApp();                                                //跳轉(zhuǎn)到APP.
  }
}

• 在需要跳轉(zhuǎn)的地方執(zhí)行這個(gè)函數(shù)就可以了 IAP_ExecuteApp(Application_1_Addr);
• 其他的代碼請(qǐng)參考 BootLoader源代碼

3. APP的編寫

本節(jié)主要講解在線升級(jí)(OTA)的App1的編寫以及整個(gè)流程的說(shuō)明，我將以我例程的App為例, 采用Ymodem協(xié)議進(jìn)行串口傳輸,講解App的編寫(后面會(huì)提供免費(fèi)的代碼下載鏈接), 其他的協(xié)議原理大體上都差不多, 都是通過(guò)某種協(xié)議拿到升級(jí)的代碼。

流程圖分析

以我例程的App1為例：

• 先修改向量表, 因?yàn)楸境绦蚴怯葿ootLoader跳轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)的, 不修改向量表后面會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題；
• 打印版本信息, 方便查看不同的App版本；
• 本例程的升級(jí)程序采用串口的Ymoderm協(xié)議進(jìn)行傳輸bin文件. 具體的流程圖見(jiàn)下圖所示：

程序編寫和分析

所需STM32的資源有:

• 發(fā)送USART數(shù)據(jù)和printf重定向
• Flash的讀寫
• 串口的DMA收發(fā)
• YModem協(xié)議相關(guān)

Ymodem協(xié)議

• 百度百科[Ymodem協(xié)議]
• 具體流程可自行查找相關(guān)文檔, 這兒提供一個(gè)我找到的 XYmodem.pdf(文末和源碼一起提供).
• Ymodem協(xié)議相關(guān)介紹可參考我的這篇教程 YModem介紹

(https://blog.csdn.net/weixin_41294615/article/details/104652105).

代碼分析

• 代碼大多數(shù)都是通過(guò)串口實(shí)現(xiàn)Ymodem協(xié)議的接收, 這兒就不詳細(xì)說(shuō)明

• 后面放了我的源代碼, 詳情請(qǐng)參考我的源代碼.

• 主函數(shù)添加修改向量表的指令

• 打印版本信息以及跳轉(zhuǎn)指令

• YModem相關(guān)的文件接收部分

/**
 * @bieaf YModem升級(jí)
 *
 * @param none
 * @return none
 */
void ymodem_fun(void)
{
	int i;
	if(Get_state()==TO_START)
	{
		send_command(CCC);
		HAL_Delay(1000);
	}
	if(Rx_Flag)    	// Receive flag
	{
		Rx_Flag=0;	// clean flag
				
		/* 拷貝 */
		temp_len = Rx_Len;
		for(i = 0; i < temp_len; i++)
		{
			temp_buf[i] = Rx_Buf[i];
		}
		
		switch(temp_buf[0])
		{
			case SOH:///<數(shù)據(jù)包開(kāi)始
			{
				static unsigned char data_state = 0;
				static unsigned int app2_size = 0;
				if(Check_CRC(temp_buf, temp_len)==1)///< 通過(guò)CRC16校驗(yàn)
				{					
					if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 開(kāi)始
					{
						printf("> Receive start...\r\n");

						Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
						data_state = 0x01;						
						send_command(ACK);
						send_command(CCC);

						/* 擦除App2 */							
						Erase_page(Application_2_Addr, 40);
					}
					else if((Get_state()==TO_RECEIVE_END)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 結(jié)束
					{
						printf("> Receive end...\r\n");

						Set_Update_Down();						
						Set_state(TO_START);
						send_command(ACK);
						HAL_NVIC_SystemReset();
					}					
					else if((Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)&&(temp_buf[1] == data_state)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 接收數(shù)據(jù)
					{
						printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
						
						/* 燒錄程序 */
						WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
						data_state++;
						
						send_command(ACK);		
					}
				}
				else
				{
					printf("> Notpass crc\r\n");
				}
				
			}break;
			case EOT://數(shù)據(jù)包開(kāi)始
			{
				if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
				{
					printf("> Receive EOT1...\r\n");
					
					Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);					
					send_command(NACK);
				}
				else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
				{
					printf("> Receive EOT2...\r\n");
					
					Set_state(TO_RECEIVE_END);					
					send_command(ACK);
					send_command(CCC);
				}
				else
				{
					printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
				}
			}break;	
		}
	}
}

• 其中部分函數(shù)未在以上代碼中展現(xiàn), 詳情請(qǐng)參看文末給出的源碼鏈接.

4. 整體測(cè)試

本節(jié)主要對(duì)前三節(jié)的教程做測(cè)試驗(yàn)證 BootLoader + App的升級(jí)功能。

源代碼

BootLoader源代碼和App1源代碼可以在原作者的gitee獲?。?/p>

https://gitee.com/leafguo/leaf_notes/STM32CubeMX/STM32CubeMx_OTA

代碼的下載

• 由下圖可知兩份代碼的下載區(qū)域是不一樣的，所以他們 「下載的區(qū)域也不一樣」。

BootLoader的下載

• BootLoader的代碼默認(rèn)是最開(kāi)始的所以不需要特別設(shè)置代碼的下載位置
• 按照下圖, 修改擦除方式為 Erase Sectors, 大小限制在 0X5000(20K)

• 燒錄代碼
• 運(yùn)行, 通過(guò)串口1打印輸出, 會(huì)看到以下打印消息
• 說(shuō)明BootLoader已經(jīng)成功運(yùn)行

App1的下載

• App1稍微復(fù)雜一點(diǎn), 需要將代碼的起始位置設(shè)置為 0x08005000
• 同時(shí)也要修改擦除方式為 Erase Sectors, 見(jiàn)下圖

• 燒錄代碼
• 運(yùn)行, 通過(guò)串口1打印輸出, 會(huì)看到以下打印消息
• 說(shuō)明 BootLoader已經(jīng)成功跳轉(zhuǎn)到版本號(hào)為0.0.1的 App1

生成App2的.bin文件

• Keil如何生成.bin文件, 請(qǐng)參考這篇博文 Keil如何生成.bin文件

https://blog.csdn.net/weixin_41294615/article/details/104656577

• 修改代碼, 把版本號(hào)改為0.0.2, 并且編譯并且生成.bin文件

• 生成好之后你會(huì)得到一個(gè).bin結(jié)尾的文件, 這就是我們待會(huì)兒YModem要傳輸?shù)奈募?/p>

使用Xshell進(jìn)行文件傳輸

• 打開(kāi)Xshell
• 代碼中, 串口1進(jìn)行調(diào)試信息的打印, 串口2進(jìn)行YModem升級(jí)的
• 所以使用Xshell打開(kāi)串口2進(jìn)行文件傳輸, 串口1則可以通過(guò)串口調(diào)試助手查看調(diào)試消息
• 你會(huì)看到App的版本成功升級(jí)到0.0.2了.
• 如果你到了這一步.
• 那么恭喜你! 你已經(jīng)能夠使用在線升級(jí)了!

5. 總結(jié)

通過(guò)本幾節(jié)的教程, 想必你已經(jīng)會(huì)使用在線升級(jí)了, 只要原理知道了其他的問(wèn)題都可以迎刃而解了, 除了使用YModem協(xié)議傳輸.bin文件, 你還可以通過(guò)藍(lán)牙, WIFI,等其他協(xié)議傳輸, 只要能夠?qū)?bin文件傳輸過(guò)去, 那其他的部分原理都差不多.