STM32实现IAP功能之一

发布者:谁与争锋1最新更新时间:2018-09-11 来源: eefocus关键字:STM32  IAP功能 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

最近因项目需求要实现STM32的在线升级即IAP功能,先将这几天的学习体会和IAP的具体实现总结出来,分享给大家,希望对同样实现IAP的童鞋有所帮助,文中最后会上传名为STM32_Update.zip的压缩文件里面包含了STM32_App、STM32_MyBoot_V1.0和升级软件STM32_UpdateSoftware的源码文件供大家参考。所有程序都经过测试,可以直接在原子哥的开发板上跑,上位机的升级软件大家可以直接打开STM32_Update\STM32_UpdateSoftware\Release\STM32_UpdateSoftware.exe来升级,如果需要查看源码请用VS2010打开工程文件。

最终要实现的是:
单片机每次上电会先运行Boot程序,检查标志位如果标志位为FLAG_TO_APP则直接跳转到App程序运行,如果标志位为FLAG_TO_BOOT,则运行Boot程序准备升级。在运行App程序时,当接收到升级的指令后会在FLASH中的某处空间写下升级的标志位FLAG_TO_BOOT,并且加载Boot程序,Boot程序会接受新的程序文件并且存储在相应的FLASH空间里,完成升级后会在标志位的空间写下FLAG_TO_APP,并且运行新的程序。

帖子包含如下几个方面:
1. 什么是IAP?
2. STM32的启动模式?
3. STM32的FLASH分布?
4. STM32程序的运行过程?
5. BootLoader程序的编写(如何实现程序的动态加载)?
6. App程序的编写?
7. bin文件的转换?
8. 上位机串口升级软件的简介
-------------------------------------------------------------------------------------------------
1. 什么是IAP?
IAP的知识网上的各种资料也说的比较明白,在此简单介绍一下。IAP( In Application Programming)即在线应用编程,也就是用户可以使用自己的程序对单片机的User Flash的某一区域(一般为存放自己程序的区域)进行烧写。在真正的工作中产品发布后,可以很方便的使用预留的通信接口(串口、USB、网口、蓝牙等)来完成程序的升级,从而避免了把机器拆开使用下载器烧写程序。要实现IAP功能一般要设计两部分代码,一是BootLoader程序,这部分程序存储在FLASH的某一位置,主要用来引导、升级App程序;二是App程序,这个程序才是实现产品的功能程序。通过BootLoader来完成对App程序的更新升级,这就是IAP功能。
2. STM32的启动模式
很多初学者对于STM32的启动并不是很了解,这在《STM32的参考手册》以及网上各种资料里也有介绍,下面再简单介绍一下:
STM32有三种启动方式,主要是通过管脚BOOT0和BOOT1的连接方式来控制的,如下图所示,因为我们要让程序从主存储器启动,因而在硬件设计时要选择第一种方式把BOOT0接到GND,BOOT1任意,可以拉高也可以拉低。

note: STM32上电启动并不是直接进入main函数,而是先进行系统初始化,这个函数的调用是在启动文件startup_stm32f10x_hd.s(因为我的单片机是STM32F103RCT6,大容量芯片所以是这个文件)中执行复位中断Reset_Handler时被调用的,执行完复位中断才会进入main函数。
3.  STM32 FLASH的分布
STM32每种型号单片机的FLASH大小及地址分配在芯片手册里都有介绍,我使用的是STM32F103RCT6的型号其FLASH为256K属于大容量产品其FLASH的分布如下图:主存储块的地址是从0x08000000到0x0803FFFF共256K


我们在设计程序时把FLASH分成3部分,第一部分从0x08000000到0x0800FFFF共64K来存放BootLoader程序,第二部分为0x08010000到0x0802FFFF共128K来存放App程序,第三部分从0x08030000开始到0x803FFFF共64K来存放程序运行的标志位和其他,如下所示:

4. STM32程序的运行过程
STM32的程序运行过程在很多资料里也都有介绍,因为STM32F103的单片机是基于Cortex-M3核的,它的内部主要是通过中断向量表来响应各种中断,内部闪存的起始地址是0x08000000,中断向量表的起始地址是0x8000004,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,当中断来临时STM32 的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相应的中断服务程序。

如上图所示STM32的正常启动流程是:
a. STM32上电后会从 0x8000004 处取出复位中断向量的地址,并跳转执行复位中断服务程序,如标号1所示;
b. 复位中断复位程序执行完成之后就会跳转到我们的main函数如标号2所示;
c. main函数一般为死循环,当其收到某一中断请求之后STM32会强制把PC指针指向中断向量表,如标号3所示;
d. 查询中断向量表,根据中断源来跳转到相应的中断服务程序中执行响应的操作;如标号4、5所示;
e. 执行完中断服务程序之后会再回到main函数中,如标号6所示。
以上是STM32的正常运行过程,而当加入IAP程序之后,运行流程就如下所示:

加入IAP后程序运行如下:
a. STM32复位之后还是从0x8000004处获取中断向量表的地址,并跳转执行复位中断服务程序,如标号1所示;
b. 执行完复位中断服务程序之后回调转到IAP的main函数中,如标号2所示;
c. IAP的过程就是通过某种选定的通信方式(如串口)来接收程序文件,并且存储在指定的FLASH空间里,随后会加载新的程序,而新程序的复位中断向量起始地址为0X08000004+N+M,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,如标号3、4所示;
d. 此时在STM32的FLASH里面会有两个中断向量表,在新程序 main 函数执行的过程中,当中断来临时PC指针仍会回跳转至地址为
0x8000004 中断向量表处,而并不是新程序的中断向量表,这是由STM32的硬件机制决定的,如标号5所示;
e. 查询中断向量表,根据中断源来跳转到新的中断服务程序中执行响应的操作,如标号6所示;
f. 执行完中断服务程序之后会再回到main函数中,如标号7、8所示。
note:
由上可知新的程序在FLASH中必须放在IAP程序之后的某个地址里,这里我的程序中设置的是0x08010000 即偏移量为0x10000,而且新程序的中断向量表也要做相应的偏移,偏移量也为0x10000 (地址的设置可以通过编译软件来实现,下文会有介绍)。

5. BootLoader程序的编写
   BootLoader程序主要的功能是接收新的程序并把它存储在FLASH的特定位置,然后加载新的程序运行。单片机每次上电都会先读取一个标志位,根据此标志位来决定是运行APP程序还是来运行自己来升级。
flag = STMFLASH_ReadHalfWord(FLASH_ADDR_UPDATE_FLAG); (FLASH_ADDR_UPDATE_FLAG 是0x08030000的地址)
当flag = FLAG_TO_APP 则加载App程序,否则执行升级程序。在我的程序中通过串口来完成程序bin文件的传输,为了通信安全制定通信协议,串口接收分为两种:
a. 指令的接收,长度为16个字节,协议示例为
test[16] = {55, aa, 01, 指令长度,命令码,00,00,...00, 和校验位}
和校验位 = 0 - 前15字节的和,
b. 程序文件的接收,每包数据为(2048 + 6)个字节,示例为:
test[2054] = {55, aa, 01, 包号,命令码,数据文件2048字节,和校验位}之所以设置以上的通信协议就是为了保证数据传输的正确性。

  • Boot程序的主函数

Boot程序的main函数里主要是读取标志位flag根据flag的值来决定是加载现有的App程序还是运行自身的升级程序,在自身运行时会定时给上位机软件发送BOOT准备完成的指令,告诉上位机我准备好了,并运行ReceiveUsartData();根据串口中断里的标志信息来完成对指令和程序文件的接收。

int main(void)

  int flag = 3;

  int nCount = 0;

  delay_init();  

  uart_init(115200);

  LED_Init();

  TIM3_Init(99, 719);  //10ms定时

  flag = STMFLASH_ReadHalfWord(FLASH_ADDR_UPDATE_FLAG);  //读取标志位

  while(1)

  {        

    //FLASH_EraseAllPages();  //仅在擦除所有FLASH时打开

    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); //不能发送过快否则会有脏数据

                LED0 = !LED0;

            }                            

        }

    }

  }    

}

串口初始化程序

  使用STM32的USART1,设置波特率为115200、8位数据长度、1个停止位、无校验位,        

  具体实现见源码的uart_init()函数。

串口中断服务程序 void USART1_IRQHandler(void)

在串口中断服务程序中主要是接收上位机升级软件发过来的数据,当UpdateFlag置1时为接收bin程序文件的数据,当UsartRxCodeCount的计数等于每包传输的总字节数USART_RECEIVE_CODE_DATA_SIZE时,置接收完成标志位UsartReceiveFlag = 1并且置NextPageFlag = 1跳出中断去ReceiveUsartData()处理,把接收到的数据存储在FLASH的指定位置,不断循环直到文件全部接收完成。升级指令的接收方法相同,详见代码。

  (note:在中断服务函数里,尽量不要做其他的操作,只设定标志位,具体的操作去外面的函数执行。)

重新加载代码的程序

为了实现Boot和App程序之间跳转,则必须在升级完成之后重新加载新的程序文件,其中涉及到在C语言里内嵌汇编语言,代码如下:

void MSR_MSP(u32 addr) 

{

    //asm("MSR MSP, r0");  //使用Keil内嵌汇编时使用这两句

    //asm("BX r14");

  __ASM("msr msp, r0");  //set Main Stack value 将主堆栈地址保存到MSP寄存器(R13)中

  __ASM("bx lr"); //跳转到lr中存放的地址处。bx是强制跳转指令 lr是连接寄存器,是STM32单片机的R14

}

 

typedef  void (*IapFun)(void);                                //定义一个函数类型的参数

IapFun JumpToApp; 

 

//跳转到应用程序 AppAddr:用户代码起始地址.

void Iap_Load_App(u32 AppAddr)

{

        if(((*(vu32*)AppAddr)&0x2FFE0000)==0x20000000)        //检查栈顶地址是否合法.

        { 

                JumpToApp = (IapFun)*(vu32*)(AppAddr+4); //用户代码区第二个字为程序开始地址(新程序复位地址)                

                MSR_MSP(*(vu32*)AppAddr);                 //初始化APP堆栈指针(用户代码区的第一个字用于存放栈顶地址)

                JumpToApp();        //设置PC指针为新程序复位中断函数的地址,往下执行

        }

}

首先 if(((*(vu32*)AppAddr)&0x2FFE0000)==0x20000000) 的作用是检查栈顶地址是否合法,(*(vu32*)AppAddr)是去除用户程序首地址里面的数据,而这个数据就是用户代码的堆栈地址,而堆栈地址指向RAM,RAM的起始地址是0x20000000,因此可以用上免得语句判断用户的堆栈地址是否合法。当判断栈顶地址合法之后取出新的复位中断函数的地址即(vu32*)(AppAddr+4),并把它赋值给函数指针JumpToApp,然后调用MSR_MSP()函数把主堆栈指针赋值给MSP寄存器,最后调用JumpToApp();来执行新的程序。

   (这里涉及到函数指针的知识,一定要理解函数名本身就是该函数的入口地址,它的实质是一个地址。)

上面涉及到嵌入汇编的知识,可能讲解不是很透彻感兴趣的朋友可以参考《Cortex-M3 权威指南》获取更多的了解。

中断向量表的设置和起始地址的设置(IAR软件)

  在IAR软件中设置程序的中断向量表和程序的入口地址的方法如下:


2. 选择Linker--Edit.

3. 设置中断向量表的地址Vector Table 和 Memory Regions的值


6. App程序的编写
App程序相对简单,它主要包含两部分,一是程序要实现的主体功能(比如点亮LED),主要是你想让App做什么就实现什么;二是通过串口来查询升级指令,当收到升级的命令后要在FLASH_ADDR_UPDATE_FLAG 的地址处写入FLAG_TO_BOOT的标志位,并且调用Iap_Load_App()l加载运行BootLoader的程序来完成升级,详细请看源码。
对于App程序的要设置其中断向量表的偏移通过语句 SCB->VTOR = FLASH_BASE | FLASH_VTOR_OFFSET;来实现,FLASH_VTOR_OFFSET这个变量在程序中是 #define FLASH_VTOR_OFFSET  ((uint32_t)0x10000) 因为我们的App程序存储地址是0x08010000相对于0x08000000来说偏移量即为0x10000,而且在程序编译时要设置Vector Table 和 Memory Regions的值为0x08010000

7. bin文件的转换
升级程序时编译出的程序文件最好选用bin格式的文件,因为bin文件比hex文件要小的多从而占用的FLASH更小,这是比较主观的优点,使用IAR软件编译时可以通过对软件的设置来输出bin格式的可执行文件,设置如下:
a. 打开工程的Options选项卡选择选择Output Converter


    b. 在Output format选项中选择 binary格式,同时把Override default输出文件的后缀改为.bin,这样在相应的工程目录下(我的是STM32_App\Project\EWARM5\Debug\Exe) 路径下就可以找到编译输出的bin格式的可执行文件了。
8. 上位机升级软件的简介
   我的上位机升级软件是使用C++写的,具体编码不做介绍了,想了解的朋友可以参考源码。对话框界面如下:

首先设置端口号和波特率,然后连接串口,连接成功之后,点击“选择要升级的文件”来实现升级。

升级完成之后会提示“升级完成”。

     到此我的IAP实现介绍完成,如果大家有什么问题或者我的程序中大家发现了什么bug可以提出来一起探讨,希望以上内容会对大家学习STM32有所帮助。

关键字:STM32  IAP功能 引用地址:STM32实现IAP功能之一

上一篇:STM32F0 定时器触发ADC,多通道采样、DMA传输数据的配置
下一篇:STM32中FLASH_Status的5个状态各表示的含义详解

推荐阅读最新更新时间:2024-03-16 16:13

STM32之SD卡测试,采用Cubemax配置
1、SD卡(microSD 卡)可以通过SPI总线、SDIO-1bit、SDIO-4bit方式与控制器通信,但传输数据速度不同。 2、SD卡座与单片机连接时候,网上、SD卡官方手册都会建议接信号线上拉电阻,其目的是防止SD卡没有插入插槽时候信号线悬空。对于SDIO-1bit方式连接,d1-d3信号线是用不到的,根据上述接上拉电阻原因,此三根线是不用接上拉电阻的,音乐播放器事实证明也完全不用。为兼容所有SD卡,统一规定SD卡座上信号线(cmd、d0-d3,clk也接上)全部都连接上拉电阻,电阻选择10K左右,需要的信号线再接到单片机。如果有元件成本限定,则只在连接到单片机的信号线上使用上拉电阻。 3、Cubemax配置。 (1)
[单片机]
对于STM32软件复位
对于STM32来说软件复位有两种方式: 1)采用官方自带的软件库 在官方软件库的stm32f10x_nvic.c 文件里 直接提供了 系统复位的函数 /******************************************************************************* * Function Name : NVIC_GenerateSystemReset * Description : Generates a system reset. * Input : None * Output : None * Return : None ***********
[单片机]
STM32使用非8M晶振时如何修改代码
目前能找到的大部分代码都是默认8M外部晶振的,若使用的晶振不是8M则需要作一些修改。例如这次我使用的外部晶振是12M的,作如下修改。 1.首先需要修改 Option for target 'xxx' 中的Target - Xtal(Mhz)处的值(改为12MHz)。此处修改影响Debug时观察到的时钟数值。 2.在system_stm32f10x.c开头的注释里有: * 4. The default value of HSE crystal is set to 8 MHz (or 25 MHz, depedning on * the product used), refer to
[单片机]
<font color='red'>STM32</font>使用非8M晶振时如何修改代码
如何区别stm32中断与事件
事件是中断的触发源,开放了对应的中断屏蔽位,则事件可以触发相应的中断。事件还是其它一些操作的触发源,比如DMA,还有TIM中影子寄存器的传递与更新;而中断是不能触发这些操作的,所以要把事件与中断区分开。当你只要产生中断而不想触发其它操作时,就可以用事件屏蔽寄存器实现。 在STM32中,中断与事件不是等价的,一个中断肯定对应一个事件,但一个事件不一定对应一个中断。 这张图是一条外部中断线或外部事件线的示意图,图中信号线上划有一条斜线,旁边标志19字样的注释,表示这样的线路共有19套.图中的蓝色虚线箭头,标出了外部中断信号的传输路径,首先外部信号从编号1的芯片管脚进入,经过编号2的边沿检测电路,通过编号3的或门进入中断挂起请求
[单片机]
如何区别<font color='red'>stm32</font>中断与事件
STM32笔记之十:工作工作,PWM输出
a) 目的:基础PWM输出,以及中断配合应用。输出选用PB1,配置为TIM3_CH4,是目标板的LED6控制脚。 b) 对于简单的PWM输出应用,暂时无需考虑TIM1的高级功能之区别。 c) 初始化函数定义: void TIM_Configuration(void); //定义TIM初始化函数 d) 初始化函数调用: TIM_Configuration(); //TIM初始化函数调用 e) 初始化函数,不同于前面模块,TIM的初始化分为两部分 基本初始化和通道初始化: void TIM_Configuration(void)//TIM初始化函数
[单片机]
stm32驱动DHT11温湿度模块使用方法和问题小结
最近在总结做过的几个项目,今天小结一下DHT11模块的使用。 对DHT11的使用,就是编写时序和stm32进行通信。 DHT11和stm32是通过一根线进行通信的,双方通过这根线上的电平变化来识别各种信号。 DHT11每次传输数据会输出40bit的数据,即5个字节,它们的含义如下: 每一位bit是0还是1是通过高电平的持续时间来判断的,如下两张图所示,‘0’和 ‘1’都是先持续50us的低电平,而后持续一段时间高电平,‘0’的高电平会持续26-28us,‘1’的电平会持续70us,因此你在判断每位数据是’0’还是’1’时,有两种方法,一种是看持续时间,显然高电平持续时间超过28us的就是’1’;另一种方法是选取一个时间点,比如
[单片机]
<font color='red'>stm32</font>驱动DHT11温湿度模块使用方法和问题小结
从自定义的库函数到STM32官方标准库
  在上一节的基础上,进一步改写代码,再引入官方标注库函数。虽然官方标准库慢慢式微,有一些别的库可能会取代它,但是并不妨碍我们继续拿官方库来写代码,吸取里边好的写法,强化下C语言技能,加深对寄存器的理解也是不错的。   本文模仿库函数,首先自定义库函数,然后一步一步改写代码,最终引入官方标准库函数。 实现流水灯 void delay(unsigned int a) { while(a--); } int main(void) { RCC- APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPBEN; GPIOB- CRH &= ~(0xf (0*4)|0xf (1*4)); GPIOB- CRH |= 0x
[单片机]
从自定义的库函数到<font color='red'>STM32</font>官方标准库
SPI接口说明及原理
1简介 SPI:Serial Peripheral Interface,是串行外设接口。 SPI是由摩托罗拉于 1985 年前后开发,是一种适用于短距离、设备到设备通信的同步串行接口。 从那时起,这种接口就已成为许多半导体制造商,特别是微控制器(MCU)和微处理器(MPU)采用的事实标准。 2SPI接口 SPI总线是一种4线总线,通常有一个主设备和一个或多个从设备,需要至少4根线,事实上3根也可以。 MOSI:Master Output Slave Input,主设备数据输出,从设备数据输入; MISO:Master Input Slave Output,主设备数据输入,从设备数据输出; SCLK:Serial Clock,时
[单片机]
SPI接口说明及原理
小广播
添点儿料...
无论热点新闻、行业分析、技术干货……
设计资源 培训 开发板 精华推荐

最新单片机文章
何立民专栏 单片机及嵌入式宝典

北京航空航天大学教授,20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。

换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved