STM32笔记（串口IAP升级）

news2024/11/28 6:24:36

一、IAP简介

IAP（In Application Programming）即在应用编程， IAP 是用户自己的程序在运行过程中对
User Flash 的部分区域进行烧写，目的是为了在产品发布后可以方便地通过预留的通信口对产
品中的固件程序进行更新升级。

通常实现 IAP 功能时，即用户程序运行中作自身的更新操作，需要在设计固件程序时编写两部分代码，第一部分程序不执行正常的功能操作，而只是通过某种通信方式(如 USB、 USART)接收程序或数据，执行对第二部分代码的更新；第二部分代码才是真正的功能代码。

两部分代码都同时烧录在 User Flash 中，当芯片上电后，首先是第一部分代码开始运行，它作如下操作：

  1. 检查是否需要对第二部分代码进行更新；
  2. 如果不需要更新则转到第二部分代码执行；
  3. 执行更新操作；
  4. 跳转到第二部分代码执行；

第一部分代码必须通过其它手段，如 JTAG 或 ISP 烧入；二部分代码可以使用第一部分代码 IAP 功能烧入，也可以和第一部分代码一起烧入，以后需要程序更新时再通过第一部分 IAP代码更新。

将第一部分项目代码称之为 Bootloader 程序，第二部分代码称之为 APP 程序，他们存放在STM32F4 FLASH 的不同地址范围，一般从最低地址区开始存放 Bootloader，紧跟其后的就是APP 程序（注意，如果 FLASH 容量足够，是可以设计很多 APP 程序的，同时还可以分两个bank区）。这样我们就是要实现 2 个程序： Bootloader 和 APP。

STM32F4 的 APP 程序不仅可以放到 FLASH 里面运行，也可以放到 SRAM 里面运行。

二、正常的程序运行流程

内部闪存（FLASH）地址起始于 0x08000000，一般情况下，程序文件就从此地址开始写入。

程序启动后，将首先从“中断向量表”取出复位中断向量执行复位中断程序完成启动，而这张“中断向量表”的起始地址是 0x08000004，当中断来临， 内部硬件机制亦会自动将 PC 指针定位到“中断向量表”处，并根据中断源取出对应的中断向量执行中断服务程序。

复位后，先从 0X08000004 地址取出复位中断向量的地址，并跳转到复位中断服务程序，如图标号①所示；在复位中断服务程序执行完之后，会跳转到我们的 main 函数，如图标号②所示；而我们的 main 函数一般都是一个死循环，在 main 函数执行过程中，如果收到中断请求（发生重中断）， PC 指针指回中断向量表处，如图标号③所示；然后，根据中断源进入相应的中断服务程序，如图标号④所示；在执行完中断服务程序以后，程序再次返回 main 函数执行，如图标号⑤所示。

三、IAP 程序的运行流程

程序还是从 0X08000004 地址取出复位中断向量的地址，并跳转到复位中断服务程序，在运行完复位中断服务程序之后跳转到 IAP 的 main 函数

在执行完 IAP 以后（即将新的 APP 代码写入 FLASH，灰底部分。新程序的复位中断向量起始地址为 0X08000004+N+M），跳转至新写入程序的复位向量表，取出新程序的复位中断向量的地址，并跳转执行新程序的复位中断服务程序，随后跳转至新程序的 main 函数，如图标号②和③所示，同样 main 函数为一个死循环，但在不同位置上，共有两个中断向量表。

通俗讲：其实就是在正常运行的程序（APP程序）之前加上一个程序（bootloader程序）， bootloader程序运行完之后再运行APP程序，两个是独立的个体，都需要有自己的中断。所以bootloader程序运行完之后就需将中断向量表位置移到APP程序的位置，不然APP程序发生中断响应回去执行bootloader程序的中断程序。

IAP 程序必须满足两个要求：

  1. 新程序必须在 IAP 程序之后的某个偏移量为 x 的地址开始；
  2. 必须将新程序的中断向量表相应的移动，移动的偏移量为 x；

四、运用实例

bootloader程序开机的时候先显示提示信息，然后等待串口输入接收 APP 程序（无校验，一次性接收），在串口接收到 APP 程序之后，即可执行 IAP。

按下 KEY1 按键，将串口接收到的 APP 程序存放到 STM32F103 的 FLASH，之后再按 KEY2 既可以跳转执行这个 FLASH APP 程序。

Bootloader 程序：

main.c

#include "stm32f10x.h"
#include "bsp_led.h"
#include "bsp_key.h" 
#include "bsp_TiMbase.h"
#include "bsp_usart.h"
    	
/* 用于获取接收数据的计数 */
uint32_t USART_RX_CNT; 

/* 串口接收的数据保存在ram的0X20001000地址中 */
uint8_t  USART_RX_BUF[USART_REC_LEN] __attribute__ ((at(0X20001000)));

/* 接收数据函数处理 */
void Receive_App_Data(void)
{
  static uint16_t oldcount = 0;	
	static uint16_t applenth = 0;
  static uint16_t com_delay = 0;

  if (com_delay < 1000)
  {
    com_delay++;
  }
  else
  {
    if (USART_RX_CNT) 
    {
      if (oldcount == USART_RX_CNT)
      {
        applenth = USART_RX_CNT;
        printf("Receiving APP data succeeded.\r\n");
        printf("Code len: %dBytes\r\n",applenth);
        oldcount = 0;
        USART_RX_CNT = 0;
      }
      else
      {
        oldcount = USART_RX_CNT;
      }
    }
  }
  /* 扫描Key1, 将接收的app数据写进内部flash中 */
  if(Key_Scan(KEY1_GPIO_PORT, KEY1_GPIO_PIN) == KEY_ON)
  {
    if(applenth)
    {
      printf("Start updating firmware...\r\n");	
      /* 判断APP程序的复位地址是否在范围内 */
      if(((*(volatile uint32_t *)(0x20001000 + 4)) & 0xFF000000) == 0x08000000)
      {	 
        Iap_Write_Appbin(FLASH_APP1_ADDR, USART_RX_BUF, applenth);  
        printf("Firmware update complete!\r\n");	
      }
      else 
      { 
        printf("Non-flash applications!\r\n");
      }
    }
    else 
    {
      printf("There is no firmware to update!\r\n");
    }	
  } 	
}

int main(void)
{
  USART_Config();
	LED_GPIO_Config();
	Key_GPIO_Config();
	BASIC_TIM_Init();
  
  printf("IAP Test !\n");
	
  while(1)
  {
     if( Key_Scan(KEY2_GPIO_PORT, KEY2_GPIO_PIN) == KEY_ON)
    {
        printf("Start APP code!\r\n");
        if(((*(volatile uint32_t *)(FLASH_APP1_ADDR + 4)) & 0xFF000000)==0x08000000)
        {	 
          printf("success\n");
          /* 跳转到App程序中，最好放在主循环里，不要放在定时器里 */
          Iap_Load_App(FLASH_APP1_ADDR);
        }
        else 
        {
          printf("Non-flash applications cannot be executed!\r\n");
        }
    } 
  }
}

主要运行跳转到app的函数。

iap.c

#include "iap.h"   

uint16_t iapbuf[1024]; 	//2K字节缓存
iapfun jump_to_app;

/* 以每2k字节进行写入 */
void Iap_Write_Appbin(uint32_t appxaddr, uint8_t *appbuf, uint32_t appsize)
{
	uint16_t t;
	uint16_t i=0;
	uint16_t temp;
	uint32_t fwaddr = appxaddr;//当前写入的地址
	uint8_t *dfu = appbuf;
	for(t = 0; t < appsize; t += 2)
	{						    
		temp = (u16)dfu[1] << 8;
		temp += (u16)dfu[0];	  
		dfu += 2;//偏移2个字节
		iapbuf[i++] = temp;	    
		if(i == 1024)
		{
			i = 0;
			Flash_Write(fwaddr, iapbuf, 1024);	
			fwaddr += 2048;//偏移2048  16=2*8.所以要乘以2.
		}
	}
	if (i)
    Flash_Write(fwaddr, iapbuf, i);//将最后的一些内容字节写进去. 
}

void Iap_Load_App(uint32_t appxaddr)
{
  /* 检查栈顶地址是否合法 */
	if(((*(volatile uint32_t *)appxaddr) & 0x2FFE0000) == 0x20000000)	
	{ 
    /* 关中断 */
    __disable_irq(); 
    
    /* 关闭外设时钟 */
    RCC->APB1ENR = 0;
    RCC->APB2ENR = 0;
    SysTick->CTRL = 0; 
  
    /* 设置主堆栈指针 */
    __set_MSP(*(volatile uint32_t *)appxaddr);

    /* APP程序的复位地址 */
		jump_to_app = (iapfun) * (volatile uint32_t *)(appxaddr + 4);
    jump_to_app();
	}
}	

/*********************************************END OF FILE**********************/

主要是将app程序写入flash，和跳转到app操作。

注意：一定要关中断和关闭外设（由于本程序用了TIM,所以关了中断，没用也可以不关，但最好是关）

串口中断-：

// 串口中断服务函数
void DEBUG_USART_IRQHandler(void)
{
  uint8_t ucTemp;
	if(USART_GetITStatus(DEBUG_USARTx, USART_IT_RXNE)!=RESET)
	{		
		ucTemp = USART_ReceiveData(DEBUG_USARTx);
        USART_SendData(DEBUG_USARTx,ucTemp);    
        if(USART_RX_CNT < USART_REC_LEN)
		{
			USART_RX_BUF[USART_RX_CNT] = ucTemp;
			USART_RX_CNT++;			 									     
		}
	}	 
}

主要是接收app程序。

定时器中断-bsp_TiMbase.c：

void  BASIC_TIM_IRQHandler (void)
{
	if (TIM_GetITStatus( BASIC_TIM, TIM_IT_Update) != RESET ) 
	{	
    LED_Test();
    Receive_App_Data();
		TIM_ClearITPendingBit(BASIC_TIM , TIM_FLAG_Update);  		 
	}		 	
}

运行LED闪烁程序和接收app数据并写入到flash里。

bootloader程序大小的确定：

双击工程得到.map文件看到该程序占用10.99kb大小。

使用11kb进行计算得出：2c00，但我使用了5000，为了方便扩展，当然你可以设置该大小。

APP 程序：

#include "stm32f10x.h"
#include "bsp_led.h"
#include "bsp_TiMbase.h"

volatile uint32_t time = 0; // ms 计时变量 


int main(void)
{
  
  SCB->VTOR = 0x08005000;
  __enable_irq();
  
	LED_GPIO_Config();
	BASIC_TIM_Init();
	
  while(1)
  {
    if ( time == 1000 ) /* 1000 * 1 ms = 1s 时间到 */
    {
      time = 0; 
	  LED1_TOGGLE; 
    }        
  }
}

主要使1s LED闪烁一次

/* 设置中断向量表的偏移量 */ 
SCB->VTOR = 0x08005000;
/* 使能中断 */
__enable_irq();

这两个必须要加上，否则无法跳转。

用XCOM进行app文件的发送：

按下KEY1:

按下KEY2:

五、源代码地址

https://gitee.com/xu-fuyong/stm32f103-iap

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