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STM32---串口實作在應用程式的韌體更新(IAP)

2021-12-19 14:38:16 軟體設計

背景:

在產品發布后,可能需要對韌體進行更新或者升級,那么在影響產品正常運行的情況下,如果升級韌體呢?

理論:

下面的所有理論部分內容參考《STM32開發指南》,

什么是IAP:

指在應用編程,即用戶程式運行中作自身的更新操作,需要在設計韌體程式時撰寫兩個專案代碼,第一個專案程式不執行正常的功能操作,(功能操作指:main函式里面的功能)而只是通過某種通信方式(如USB、USART)接收程式或資料,執行對第二部分代碼的更新;(第二部分代碼指需要更新的程式第二個專案代碼才是真正的功能代碼,這兩部分專案代碼都同時燒錄在User Flash中,當芯片上電后,首先是第一個專案代碼開始運行,操作如下:

1.檢查是否需要對第二部分代碼進行更新;

2.不需要更新的話,跳轉到第二部分代碼執行,需要更新的話執行更新操作,

生成兩個專案代碼:

這里將第一個專案代碼稱之為Bootloader程式,第二個專案代碼稱為APP程式,他們存放在STM32 FLASH的不同地址范圍,一般從最低地址區開始存放第一個專案代碼,緊跟其后的就是第二專案代碼,當然如果記憶體夠,可以再緊跟多個APP程式,并且,這個APP程式,可以放到FLASH中,也可以放到SRAM中運行,

兩個專案代碼燒錄:

第一部分代碼必須JTAG 或ISP燒入;第二部分代碼可以使用第一部分代碼的IAP功能燒入,也可以和第一部分代碼一起燒入,以后需要更新程式時再通過第一部分IAP代碼更新,

STM32正常運行流程:

如上圖所示,STM32F4的內部FLASH位于Block 0,地址起始于0x0800 0000,一般情況下,程式檔案就從此地址開始寫入,程式啟動后(這里程式啟動應該指上電,根據啟動檔案描述:系統上電復位后執行的是由匯編撰寫的啟動檔案,啟動檔案主要包含:初始化堆疊指標、初始化PC指標、初始化中斷向量表、配置系統時鐘、進入main函式),將首先從“中斷向量表”取出復位中斷向量執行復位中斷程式完成啟動,cortex-m4內核的“中斷向量表”起始地址是0x0800 0004,當中斷來臨,內部硬體機制會將PC指標定位到“中斷向量表”處,取出對應的中斷向量執行中斷服務程式,執行完復位中斷后,會跳轉到main函式,如果再發生中斷,STM32會強制將PC指標指到中斷向量表處執行中斷完后再繼續運行main函式,

加入IAP之后的運行流程:

如上圖所示,對應的兩個專案的程式存盤地址,IC復位后,還是從0x0800 0004取復位中斷向量的地址并跳轉到中斷服務程式,再運行完后,跳轉到IAP的main函式,之后執行新的程式的復位中斷、main函式,并回應其他中斷,執行的是上圖下面灰色的部分,不同的是,在CPU得到一個中斷后,PC指標將強制跳轉到0x0800 0004中斷向量表處,而不是新程式的中斷向量表,

那么,新的程式必須在IAP程式之后的某個偏移地址開始,新的程式的中斷向量表也需要相應的移動偏移量,

如何配置/撰寫IAP程式:

APP偏移地址配置:

在options for target選型的target頁面下,IROM1的起始地址一般為0x0800 0000,大小為0x0010 0000,即從0x0800 0000開始的1024K空間是程式存盤區,而若將此起始地址設定為0x0801 0000,相當于偏移量0x10000(64K位元組),那么留給APP用的flash區域就只有0x0010 0000-0x10000=0xF0000(960K位元組),

#ifdef VECT_TAB_SRAM
  SCB->VTOR = SRAM_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal SRAM */
#else
  SCB->VTOR = FLASH_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal FLASH */
#endif

偏移量在systemInit()函式中定義了,如上圖所示,一般不會在系統檔案中修改code,而在flash的APP的main函式最開頭處添加偏移量配置,那么:

1.如果不使用IAP功能,是否還需要設定偏移量?

· 2. 偏移量我的理解是設定APP程式的起始地址,而如果在APP的main函式中才定義偏移量,是不是有誤?

3. 偏移量的目的只是將flash程式與IAP的程式區分開?

如下圖所示:

燒錄配置:

MDK默認生成的檔案是.hex檔案,而IAP更新希望用的是.bin檔案,通過MDK自帶的fromeif.exe可以將.axf轉換成.bin檔案,

IAP程式撰寫:

在實作韌體升級的功能中,需要先撰寫IAP程式,包含1)撰寫函式將串口接收到的資料Buf中的內容保存在flash中;2)寫一個函式實作IAP到APP的跳轉;3)撰寫main函式實作串口的接收,APP程式保存及跳轉,

最后:在查資料程序中遇到以下疑問,下面將疑問以及理解寫出,供由相同疑問的學者參考:(其實疑問在代碼中可以解決)

1. 上面的這種方式和我們普通運行的程式是否不一樣?區別?

這里需要說STM32編程的兩種方式,一種是在線編程 ICP,通過JTAG/SWD協議或者系統加載程式(bootloader)下載用戶應用程式到微控制器;一種是在程式中編程IAP,通過任何一種通信介面下載程式或者應用資料到存盤器中, 但是,IAP需要至少一部分程式已經使用ICP方式燒錄到FLASH中(bootloader), 同時,每種STM32芯片,雖然主存盤器結構可能不同,但是都“系統存盤區域”,該區域是留給ST自己用來存放芯片的bootloader,此程式在芯片出廠的時候已經固化在芯片內部,

STM32 啟動模式:B1=0,B0=1,程式從系統存盤器中執行啟動程式bootloader,也就是從串口下載程式到主程式中,B0=0,FLASH被選為啟動區域,執行寫入的應用程式,

2. 那么,自己寫的bootloader和系統存盤器里本身有的是否一樣?

不一樣,自己寫的bootloader 需要先通過ICP的方式下載到存盤區域中,然后再通過IAP下載應用程式,

3. 在上圖3中,執行bootloader程式會跳轉到IAPmain,那么IAP的地址是什么?如何實作的跳轉?

其實,IAP就是bootloader程式,他們只有一個Main 函式,執行完復位中斷會直接跳轉到main函式,

4. 偏移的地址根據描述是APP程式的起始地址,還需要再在APP程式中配置中斷向量表?

通過上面IAP的main函式可以實作跳轉到APP程式,但是新的程式的中斷向量表需要重新配置,不然沒辦法回應中斷,

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/ruanti/385890.html

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