STM32 IAP應(yīng)用開發(fā)——自制BootLoader

實(shí)際上，BootLoader不僅僅在操作系統(tǒng)上使用，在一些內(nèi)存小，功能應(yīng)用較為簡單的單片機(jī)設(shè)備上面也可以通過BootLoader來完成固件升級。

我之前也有發(fā)過一些關(guān)于STM32遠(yuǎn)程升級的文章，但用的是第三方BootLoader，而且是基于操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。BootLoader占用的內(nèi)存也比較大，而且不開源。
所以這一講我就來介紹一下如何自己制作一個簡單的BootLoader程序。

1 環(huán)境搭建

關(guān)于STM32以及Keil的環(huán)境這里就不具體介紹了，網(wǎng)上教程也很多，不懂的同學(xué)自行查閱資料。

2 BootLoader工作原理以及常見分區(qū)介紹

不管用的是什么MCU，要實(shí)現(xiàn)固件升級都離不開BootLoader，BootLoader是一個統(tǒng)稱，它其實(shí)只是一段引導(dǎo)程序，在MCU啟動的時候會先運(yùn)行這段代碼，判斷是否需要升級，如果不需要升級就跳轉(zhuǎn)到APP分區(qū)運(yùn)行用戶代碼，如果需要升級則先通過一些硬件接口接收和搬運(yùn)要升級的新固件，然后再跳轉(zhuǎn)到APP分區(qū)運(yùn)行新固件，從而實(shí)現(xiàn)固件升級。

常見分區(qū)方式介紹：

1.Application

沒有加入Bootloader之前，我們單片機(jī)內(nèi)部的flash就是一整塊的，所有的應(yīng)用代碼都放在這。

2.Bootloader + Application

在原有的flash區(qū)域里面劃分出兩個區(qū)域，Bootloader和Application，這種分區(qū)方式的好處在于既可以實(shí)現(xiàn)升級功能，App區(qū)又可以分到較大的空間，缺點(diǎn)是沒有存放新固件的區(qū)域，需要從外部導(dǎo)入進(jìn)來，而且一旦傳輸?shù)倪^程被異常打斷，那么原有的App代碼也無法正常運(yùn)行了，也就是傳說中的“變磚”。

3.Bootloader + Application + Download

這種分區(qū)方式是比較萬能的一種，優(yōu)點(diǎn)是新固件是先存放到Download區(qū)的，哪怕搬運(yùn)的過程中出現(xiàn)異常中斷的情況，也不會“變磚”，缺點(diǎn)是需要單獨(dú)劃分一塊內(nèi)存跟APP區(qū)差不多的區(qū)域用來存放新固件，變相的減少了APP區(qū)的空間，對于內(nèi)存較小的單片機(jī)來說壓力就比較大了。

4.Bootloader + Application1 + Application2

這種方式可以同時存在兩套App，優(yōu)點(diǎn)在于升級了新固件以后，還保留了原來的舊版固件，必要的時候還可以進(jìn)行版本的回退。

5.Bootloader + Setting + Application + Download

這種方式跟第3種基本一樣，只是增加了一個區(qū)域用來存放升級相關(guān)的一些參數(shù)以及用戶的一些配置。

3 BootLoader的制作

BootLoader的制作需要根據(jù)實(shí)際的需求來做，不同的運(yùn)行方式或者升級方式在做法上都是有區(qū)別的，包括BootLoader所需要的內(nèi)存空間也不盡相同。

不過不管是用什么方式，Bootloader都應(yīng)該盡可能做的更小更簡潔，這樣的話內(nèi)存的開銷就更小，對于內(nèi)存較小的MCU來說壓力就沒那么大了。

我下面要做的這個bootloader是上面講的常見分區(qū)方式里面的第5種。

分區(qū)介紹：

我用的是STM32F103，內(nèi)存是128K的（想用內(nèi)存更小的MCU也是可以的，改下各個分區(qū)的內(nèi)存分配就行了）。

分區(qū)表如下：

功能描述：

運(yùn)行bootloader的時候先從setting里面讀一些參數(shù)，確定是否需要升級，如果需要，則把download分區(qū)的固件搬運(yùn)到app分區(qū)，如果不需要升級則直接跳轉(zhuǎn)到app分區(qū).
至于新固件的下載傳輸過程，我放到App里面去處理了，這跟我的項(xiàng)目實(shí)際需求有關(guān)系，App部分這里就先不往下拓展了，后面我會專門寫一篇博客來介紹。

各個功能模塊的具體講解：

1、分區(qū)定義

先把各個分區(qū)的內(nèi)存地址以及大小定義好，方便后面使用。

#define FLASH_SECTOR_SIZE       1024
#define FLASH_SECTOR_NUM        128    // 128K
#define FLASH_START_ADDR        ((uint32_t)0x8000000)
#define FLASH_END_ADDR          ((uint32_t)(0x8000000 + FLASH_SECTOR_NUM * FLASH_SECTOR_SIZE))

#define BOOT_SECTOR_ADDR        0x08000000     // BOOT sector start address 
#define BOOT_SECTOR_SIZE        0x3000         // BOOT sector size
#define SETTING_SECTOR_ADDR     0x08003000     // SETTING sector start address 
#define SETTING_SECTOR_SIZE     0x1000         // SETTING sector size
#define APP_SECTOR_ADDR         0x08004000     // APP sector start address  
#define APP_SECTOR_SIZE         0xE000         // APP sector size
#define DOWNLOAD_SECTOR_ADDR    0x08012000     // Download sector start address
#define DOWNLOAD_SECTOR_SIZE    0xE000         // Download sector size   

2、程序跳轉(zhuǎn)

Bootloader作為引導(dǎo)程序，最重要的工作之一就是通過內(nèi)存跳轉(zhuǎn)進(jìn)入用戶程序，下面這段代碼可以跳轉(zhuǎn)到任何一個內(nèi)存地址。

uint8_t jump_app(uint32_t app_addr) 
{
    uint32_t jump_addr;
    jump_callback cb;
    if (((*(__IO uint32_t*)app_addr) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000) 
    {  
        jump_addr = *(__IO uint32_t*) (app_addr + 4);  
        cb = (jump_callback)jump_addr;  
        __set_MSP(*(__IO uint32_t*)app_addr);  
        cb();
        return 1;
    } 
    return 0;
}

3、處理函數(shù)

從setting區(qū)里面讀取process狀態(tài)值，然后進(jìn)行對應(yīng)的處理，如果需要升級則把download區(qū)的固件搬運(yùn)到app區(qū)，然后再運(yùn)行新APP，如果不需要升級則直接跳轉(zhuǎn)到APP。

process = get_boot_state();
switch (process) 
{
    case START_PROGRAM:
        printf("start app...rn");
        delay_ms(50);
        if (!jump_app(APP_SECTOR_ADDR)) 
        {
            printf("no programrn");
            delay_ms(1000);
        }
        printf("start app failedrn");
        break;
    case UPDATE_PROGRAM:
        printf("update app program...rn");
        app_addr = APP_SECTOR_ADDR;
        down_addr = DOWNLOAD_SECTOR_ADDR;

        printf("app addr: 0x%08X rn", app_addr);
        printf("down addr: 0x%08X rn", down_addr);

        printf("erase mcu flash...rn");
        mcu_flash_erase(app_addr, APP_ERASE_SECTORS);  
        printf("mcu flash erase successrn");
    
        printf("write mcu flash...rn");
        // memset(down_buf, 0, sizeof(down_buf));
        for (i = 0; i < APP_ERASE_SECTORS * 8; i++)
        {
            mcu_flash_read(down_addr, &down_buf[0], 128);
            delay_ms(5);
            mcu_flash_write(app_addr, &down_buf[0], 128);
            delay_ms(5);
            down_addr += 128;
            app_addr += 128;
        }
        printf("mcu flash write successrn");

        set_boot_state(UPDATE_SUCCESS);
        break;
    case UPDATE_SUCCESS:
        printf("update successrn");
        boot_state = UPDATE_SUCCESS_STATE;
        write_setting_boot_state(boot_state);
        set_boot_state(START_PROGRAM);
        break;
    default:
        break;
}

完整代碼下載地址：https://download.csdn.net/download/ShenZhen_zixian/87462312

4 燒錄下載配置

我們的Bootloader做好以后需要燒錄到MCU里面，可以直接用Keil uVison來下載，也可以用J-Flash或者其他，這個都沒關(guān)系，但是要注意內(nèi)存的分配，要把固件燒到對應(yīng)的內(nèi)存地址上。

我這里做出來的bootloader bin只有8K，不過為了方便后續(xù)在這部分增加新功能，我實(shí)際分配了12K的空間，地址區(qū)間是0x08000000-0x08003000。

如果是用keil下載的話，需要注意flash的配置，具體如下：

如果是用J-Flash或者STlink的工具燒錄的話注意燒錄的起始地址是0x08000000就好了。

5 運(yùn)行測試

注：這里我沒講解App部分代碼，你們只看Bootloader部分的log就好了，不影響的，想看APP部分可以看我另外一篇文章，或者下載完整的代碼實(shí)際跑一下也行。APP部分講解：STM32 IAP應(yīng)用開發(fā)——通過USB實(shí)現(xiàn)固件升級

運(yùn)行結(jié)果：

不需要升級時直接跳轉(zhuǎn)到App區(qū)，如下圖：

需要升級時先從download區(qū)搬運(yùn)新固件到app區(qū)，然后再跳轉(zhuǎn)到App區(qū)，如下圖：

結(jié)束語

好了，關(guān)于自制BootLoader的介紹就講到這里，本文只是提供一個思路，不是唯一的方法，關(guān)鍵還是看你自己實(shí)際的需求。

還有App那部分這里沒詳細(xì)講，我單獨(dú)寫了一篇文章，鏈接在下方，合到一起看就比較清晰了。或者你也可以下載完整的源碼自己去跑一下，下面的源碼我把BootLoader和APP都上傳了。

APP部分講解：STM32 IAP應(yīng)用開發(fā)——通過USB實(shí)現(xiàn)固件升級

完整代碼下載地址：https://download.csdn.net/download/ShenZhen_zixian/87462312

如果你有什么問題或者有更好的方法，歡迎在評論區(qū)留言。