【STM32】IAP升级01 bootloader实现以及APP配置（主要）

APP程序以及中断向量表的偏移设置

前言

通过之前的了解之前的了解，我们知道实现IAP升级需要两个条件：
1.APP程序必须在 IAP 程序之后的某个偏移量为 x 的地址开始；
2.APP程序的中断向量表相应的移动，移动的偏移量为 x；

1.APP 程序起始地址设置

默认条件下的起始地址

默认的条件下，图中 IROM1 的起始地址（Start）一般为 0x08000000，大小（Size）为 0x100000，即从 0x08000000 开始的 1024K 空间为我们的程序存储区。
在这里插入图片描述

设置APP起始地址

存储在flash上的APP起始地址设置方法

设置起始地址（Start）为 0x08010000，偏移量为 0x10000（64K 字节，即留给 BootLoader 的空间），因而，留给 APP 用的 FLASH 空间（Size）为 0x80000-0x10000=0x70000（448KB）。设置好 Start 和 Size，就完成 APP 程序的起始地址设置。IRAM 是内存的地址，APP 可以独占这些内存，我们不需要修改。

需要确保 APP 起始地址在 Bootloader 程序结束位置之后，并且偏移量为 0x200 的倍数即可
在这里插入图片描述

存储在SRAM上的APP起始地址设置方法

将 IROM1 的起始地址（Start）定义为：0x20001000，大小为 0x19000（100K 字节），即从地址 0x20000000 偏移0x1000 开始，存放 SRAM APP 代码。
STM32F407ZGT6 只有一个 128K(不算 CCM)的片内 SRAM，存放程序的位置与变量的加载位置不能重复，所以我们需要设置 IRAM1 中的地址（SRAM）的起始地址变为 0x2001A000，分配大小只有 0x6000(24K 字节)。整个 STM32F407ZGT6 的 SRAM（不含 CCM）分配情况为：最开始的 4K 给 Bootloader 程序使用，随后的 100K 存放 APP 程序，最后 24K，用作 APP 程序的内存。
在这里插入图片描述

2. 重新设置中断向量表的地址

SCB->VTOR寄存器存放的是中断向量表的起始地址。默认的情况它由 BOOT 的启动模式决定。重定向这个位置，这样就可以从 Flash 区域的任意位置启动代码。

就是你跳转到app程序后，你后续得跑app的中断向量表。要实现这个就必须在刚进入app的时候重定向中断向量表

/* 设置 NVIC 的向量表偏移寄存器,VTOR 低 9 位保留,即[8:0]保留 */
 SCB->VTOR = baseaddr | (offset & (uint32_t)0xFFFFFE00);

baseaddr 为基地址（即 APP 程序首地址），Offset 为偏移量

比如 FLASH APP 设置中断向量表偏移量为 0x10000

SCB->VTOR = FLASH_BASE | ( 0x10000 & (uint32_t)0xFFFFFE00);

SRAM APP 的情况可以参考正点原子探索者开发指南V1.1。

3.设置keil生成bin文件

MDK 默认生成的文件是.hex 文件，并不方便用作 IAP更新，我们希望生成的文件是.bin 文件.

hex和bin文件的区别

简单来说：HEX文档是ascii码的文档。是不能直接烧到单片机中的。中间要有转换程序。但是现在很多编程器都设计成直接可以导入hex文件烧录的，其实这是做了设计的。 bin文件是二进制文件，是可以直接烧到芯片中，中间不用转换的。

设置keil生成bin文件

在 MDK 点击 Options for Target→User 选项卡，在 After Build/Rebuild一栏中，勾选 Run #1，我们推荐使用相对地址，在勾选的同一行后的输入框并写入命令行：fromelf --bin -o …\Output@L.bin …\Output%L
在这里插入图片描述
D:\Keil_v5\ARM\ARMCC\bin\fromelf.exe是MDK 自带的格式转换工具 fromelf.exe的路径。

通过这一步设置，我们就可以在 MDK 编译成功之后，调用 fromelf.exe，
..\..\Output\%L 表示当前编译的链接文件（…\是相对路径，表示上级目录，编译器默认从工程文件*.uvprojx 开始查找，根据我的工程文件 Output 的位置就能明白路径的含义）
指令–bin –o …\Output@L.bin表示在 Output 目录下生成一个.bin 文件，
@L 在 Keil 的下表示 Output 选项卡下的 Name of Executable 后面的字符串，即在 Output 文件夹下生成一个 atk_f407.bin 文件。

在得到.bin 文件之后，我们只需要将这个 bin 文件传送给单片机，即可执行 IAP 升级。

Bootloader程序的实现

1、APP文件的编写与通常编写一致，只需要设定好偏移地址
2、新的中断向量表的偏移设置好
这两点在前文已经写过，接下来就是bootloader的实现了。

Bootloader 和 app 属于两个独立的工程，不是一个工程！！！
相关资料：
1.写 STM32 内部 Flash 的功能用到 STM32 的 Flash操作。STM32片上Flash操作
2.设置bootloader的起始地址为复位之后第一个启动的工程。
这个例子中，bootloader从0x800 0000开始，APP从0x800 8000开始，执行完bootloader之后再执行APP。

BootLoader 的编译器设置
在这里插入图片描述
App 的编译器设置

1.bootloader程序也是一个app程序

是我们专门用来搬运APP程序的工具，所以也和是和普通程序一样的执行流程。
IAP升级程序(bootloader)启动流程
在这里插入图片描述
简单来说
初始化好时钟，GPIO，外设(依照升级方法来确定初始化对应的外设)，那么这块MCU就有了可以和外部通信的能力。

例如，使用串口升级，那么步骤就是

bootloader的main之前

1.单片机复位，从0x800 0000开始执行。
2.执行0x0800 0004处的Rest_Handler复位中断向量函数
3. 复位中断向量函数执行
在这里插入图片描述
调用SystemInit函数。这个函数里面开启了外部晶振，设置了PLL，除能了所有中断，设置了时钟

_main 标号表示 C/C++标准实时库函数里的一个初始化子程序 _main的入口地址。该程序的一个主要作用是初始化堆栈（跳转_user_initial_stackheap标号进行初始化堆栈），并初始化映像文件，最后跳转到C程序中的main函数。这也正解释了为什么所有的C程序必须有一个main函数作为程序的起点，因为这是由C/C++标准实时库所规定的。
4.跳转到IAP升级程序（bootloader）的main函数。

bootloader的main之后

1.初始化

初始化和正常没有bootloader 的程序一下，该咋样就咋样，为了避免无效功耗损失，一般是需要什么就初始化什么。时钟初始化，串口初始化，定时器初始化等（如果有用到定时轮询或者定时器延时等可以初始化）

2.检查APP 程序是否完整

若出现某些情况导致APP程序不全，有可能导致程序跑飞，进入硬件错误。

初始化完成后，首先检测 APP 分区中最后地址的标志位是否符合（如是否等于0x5a5a，一般APP程序的末尾加入特殊字符，以检测完整性），如果符合，启动倒计时（时间大约几百毫秒就行，根据实际情况决定），等待进入 APP 程序，在此期间，也会等待接收升级的指令；否则，则一直等待接收升级的指令。
check收到的估计bin的最后四个字节是否为0x5A5A

int CheckIfAPPCanJump(void)
{
    uint32_t *pFlag = (uint32_t *)(APP_FLASH_CODE_BASE + APP_FLASH_CODE_SIZE - 4);
    if (*pFlag == 0x5A5A)
    { return 1; }
    return 0;
}

3.升级

接收到升级指令后，则启动升级流程，升级期间不允许进入 APP 程序。

4.跳转APP程序(IAP 如何实现跳转到用户程序)

升级完成后，需要跳转到 APP 程序（可以自动跳转，也可以增加跳转指令手动跳转），跳转前的准备：
1.检测 APP 程序是否存在，若存在，则继续往下执行
2.关闭全局中断
3.清除所有中断标志位

void SetVectorTable(void)
{
    uint8_t i;
 
	 __disable_irq(); // 关闭总中断
    //__enable_irq();
 
    /* 清除所有中断标志 */
    for(i= 0; i < CRS_IRQn; i++)
    {
        NVIC_ClearPendingIRQ((IRQn_Type)i);
    }
}

4.跳转 APP 启动程序地址（当然，也能直接跳转到 APP 程序的 main 函数，但在跳转前需要重新初始化堆栈等内容，所以最好还是交给启动文件处理，跳转到resethandle）

4.1 设定跳转地址

typedef  void (*pFunction)(void);       //定义一个pFunction类型 这是个函数指针
pFunction Jump_To_Application;          //Jump_To_Application设置为pFunction类型

/*设定跳转地址，FLASH_USER_START_ADDR是APP程序的起始地址*/
JumpAddress = *(__IO uint32_t*) (FLASH_USER_START_ADDR + 4);
Jump_To_Application = (pFunction) JumpAddress;//将APP程序的中断向量表的Rest_Handler地址赋值给Jump_To_Application
__set_MSP(*(__IO uint32_t*) FLASH_USER_START_ADDR); //这里是将把应用程序起始地址设为栈顶指针
Jump_To_Application(); //设置PC指针为复位地址，你可以理解为跳转到应用程序的函数

设定跳转地址，FLASH_USER_START_ADDR是APP程序的起始地址，+4是因为中断向量表每四个字节代表一个中断函数的地址。所以JumpAddress指向APP中断向量表的Rest_Handler.

将跳转地址JumpAddress强制转换pFunction类型，可以理解为编译器将其编译成一个函数。

2.官方的demo，以stm32f10x为例

IAP/src/main.c 
 
int main(void)
{
  /* Flash unlock */
  /*flash解锁，因为需要操作flash*/
  FLASH_Unlock();
 
  /* Initialize Key Button mounted on STM3210X-EVAL board */
  /*初始化按键，demo中的升级触发条件为按键按下*/         
  STM_EVAL_PBInit(BUTTON_KEY, BUTTON_MODE_GPIO);   
 
  /* Test if Key push-button on STM3210X-EVAL Board is pressed */
  if (STM_EVAL_PBGetState(BUTTON_KEY)  == 0x00)
  { 
    /* If Key is pressed */
    /*如果按键按下，即触发升级，进行升级*/
    /* Execute the IAP driver in order to re-program the Flash */
    /*初始化串口，demo里面使用的是usart1 + Y-MODe协议*/
    IAP_Init();
    SerialPutString("\r\n================================================================");
    SerialPutString("\r\n=          (C) COPYRIGHT 2010 STMicroelectronics           =");
    SerialPutString("\r\n=                                                          =");
    SerialPutString("\r\n=  In-Application Programming Application  (Version 3.3.0) =");
    SerialPutString("\r\n=                                                          =");
    SerialPutString("\r\n=                       By MCD Application Team            =");
    SerialPutString("\r\n============================================================");
    SerialPutString("\r\n\r\n");
    /*升级菜单，用户自己实现*/
    Main_Menu ();
  }
  /* Keep the user application running */
  else//不升级 进入APP
  {
    /* Test if user code is programmed starting from address "ApplicationAddress" */
    /*升级条件不满足，跳转到用户程序处执行用户程序*/
    if (((*(__IO uint32_t*)ApplicationAddress) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000)//检测栈顶指针
    { 
      /* Jump to user application */
      /*ApplicationAddress为用户程序的栈地址，+4便为用户程序的复位中断向量地址*/  
      JumpAddress = *(__IO uint32_t*) (ApplicationAddress + 4);
      Jump_To_Application = (pFunction) JumpAddress;
      /* Initialize user application's Stack Pointer */
      __set_MSP(*(__IO uint32_t*) ApplicationAddress);
      /*执行用户空间的复位中断向量函数，里面主要是进行系统时钟配置，执行用户空间的main函数数*/  
      Jump_To_Application();
    }
  }
 
  while (1)
  {}
}

检测栈顶指针

升级菜单demo，更具需求裁剪

void Main_Menu(void)
{
  uint8_t key = 0;
  
  /* Get the number of block (4 or 2 pages) from where the user program will be loaded */
  /*计算IAP占用的flash页数*/  
  BlockNbr = (FlashDestination - 0x08000000) >> 12;
 
  /* Compute the mask to test if the Flash memory, where the user program will be
     loaded, is write protected */
#if defined (STM32F10X_MD) || defined (STM32F10X_MD_VL)
  UserMemoryMask = ((uint32_t)~((1 << BlockNbr) - 1));
#else /* USE_STM3210E_EVAL */
  if (BlockNbr < 62)
  {
    UserMemoryMask = ((uint32_t)~((1 << BlockNbr) - 1));
  }
  else
  {
    UserMemoryMask = ((uint32_t)0x80000000);
  }
#endif /* (STM32F10X_MD) || (STM32F10X_MD_VL) */
 
 
  /* Test if any page of Flash memory where program user will be loaded is write protected */
  /*检测flash中用户空间的写保护锁是否开启*/ 
  if ((FLASH_GetWriteProtectionOptionByte() & UserMemoryMask) != UserMemoryMask)
  {
    FlashProtection = 1;
  }
  else
  {
    FlashProtection = 0;
  }
 
  while (1)
  {
    SerialPutString("\r\n================== Main Menu ============================\r\n\n");
    SerialPutString("  Download Image To the STM32F10x Internal Flash ------- 1\r\n\n");
    SerialPutString("  Upload Image From the STM32F10x Internal Flash ------- 2\r\n\n");
    SerialPutString("  Execute The New Program ------------------------------ 3\r\n\n");
    
    if(FlashProtection != 0)
    {
      SerialPutString("  Disable the write protection ------------------------- 4\r\n\n");
    }
    
    SerialPutString("==========================================================\r\n\n");
    
    key = GetKey();
 
    if (key == 0x31)
    {
      /* Download user application in the Flash */
      /*下载程序*/  
      SerialDownload();
    }
    else if (key == 0x32)
    {
      /* Upload user application from the Flash */
      SerialUpload();
    }
    else if (key == 0x33)
    {
      JumpAddress = *(__IO uint32_t*) (ApplicationAddress + 4);
 
      /* Jump to user application */
      Jump_To_Application = (pFunction) JumpAddress;
      /* Initialize user application's Stack Pointer */
      __set_MSP(*(__IO uint32_t*) ApplicationAddress);
      Jump_To_Application();
    }
    else if ((key == 0x34) && (FlashProtection == 1))
    {
      /* Disable the write protection of desired pages */
      FLASH_DisableWriteProtectionPages();
    }
    else
    {
      if (FlashProtection == 0)
      {
        SerialPutString("Invalid Number ! ==> The number should be either 1, 2 or 3\r");
      }
      else
      {
        SerialPutString("Invalid Number ! ==> The number should be either 1, 2, 3 or 4\r");
      } 
    }
  }
}