STM32CubeMx开发之路—在线升级OTA

文章目录

- 运行环境
- 简介
- 基础知识(1/4)
- - STM32中的程序在哪儿?
  - 进行分区
  - 总体流程图
- BootLoader程序
- - 流程图分析
  - 程序编写和分析
- App程序
- - 流程图分析
  - 程序编写和分析
  - Ymodem协议
  - 代码分析
- 结果验证
- - 代码的下载
  - BootLoader的下载
  - App1的下载
  - 生成App2的.bin文件
  - 使用Xshell进行文件传输
- 总结
- 源代码获取

运行环境

Windows10
STM32CubeMX Version 5.4.0
Keil5(MDK5) Version 5.28.0.0
硬件开发板 F103RB-NUCLEO

简介

本教程有点长, 请耐心看完, 本例程主要讲解在线升级(OTA)的实现过程, 主要是针对IAP OTA从原理分析, 分区划分, 到代码编写和实验验证等过程阐述这一过程. 帮助大家加深对OTA的认识.

基础知识(1/4)

STM32中的程序在哪儿?

正常情况下, 我们写的程序都是放在STM32片内Flash中(暂不考虑外扩Flash).
我们写的代码最终会变成二进制文件, 放进Flash中
感兴趣的话可以在Keil -> Debug -> Memory中查看, 右边Memory窗口存储的就是代码

接下来就可以进入正题了.

进行分区

既然我们写的程序都会变成二进制文件存放到Flash中, 那么我们就可以进一步对我们程序进行分区.
我使用的是F103RB-NUCLEO开发板,他的Flash一共128页, 每页1K.见下图:

以它为例, 我将它分为三个区.BootLoader区、 App1区、 App2区(备份区)具体划分如下图:

BootLoader区存放启动代码
App1区存放应用代码
App2区存放暂存的升级代码

总体流程图

先执行BootLoader程序, 先去检查APP2区有没有程序, 如果有就将App2区(备份区)的程序拷贝到App1区, 然后再跳转去执行App1的程序.
然后执行App1程序, 因为BootLoader和App1这两个程序的向量表不一样, 所以跳转到App1之后第一步是先去更改程序的向量表. 然后再去执行其他的应用程序.
在应用程序里面会加入程序升级的部分, 这部分主要工作是拿到升级程序, 然后将他们放到App2区(备份区), 以便下次启动的时候通过BootLoader更新App1的程序.
流程图如下图所示:

BootLoader程序

BootLoader 可以理解成是引导程序, 它的作用是启动正式的App应用程序. 换言之, BootLoader是一个程序, App也是一个程序, BootLoader程序是用于启动App程序的. 后面我将以我例程的 BootLoader 为例, 讲解BootLoader(后面会提供免费的代码下载链接).

流程图分析

以我历程的BootLoader为例:

我将App2区的最后一个字节(0x0801FFFC)用来表示App2区是否有升级程序, STM32在擦除之后Flash的数据存放的都是0xFFFFFFFF, 如果有, 我们将这个地址存放0xAAAAAAAA. 具体的流程图见下图所示

程序编写和分析

所需STM32的资源有:

printf的使用, 可参考以前的博文 STM32CubeMx开发之路—3发送USART数据和printf重定向
Flash的读写, 可参考以前的博文 STM32CubeMX开发之路—8Flash读写
程序跳转指令:可以参考如下代码:

/* 采用汇编设置栈的值 */
__asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
{MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值BX r14
}/* 程序跳转函数 */
typedef void (*Jump_Fun)(void);
void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
{Jump_Fun JumpToApp;if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 )  //检查栈顶地址是否合法.{JumpToApp = (Jump_Fun) * ( __IO uint32_t *)(App_Addr + 4);  //用户代码区第二个字为程序开始地址(复位地址)MSR_MSP( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr );                  //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();                                                //跳转到APP.}
}

在需要跳转的地方执行这个函数就可以了IAP_ExecuteApp(Application_1_Addr);
其他的代码请参考`BootLoader源代码

App程序

App就是主要跑的程序, 我将以我例程的App为例, 采用Ymodem协议进行串口传输,讲解 App 的编写(后面会提供免费的代码下载链接), 其他的协议原理大体上都差不多, 都是通过某种协议拿到升级的代码.

流程图分析

以我历程的App1为例:

先修改向量表, 因为本程序是由BootLoader跳转过来的, 不修改向量表后面会出现问题.
打印版本信息, 方便查看不同的App版本
本例程的升级程序采用串口的Ymoderm协议进行传输bin文件. 具体的流程图见下图所示

程序编写和分析

所需STM32的资源有:

printf的使用, 详情可参考 STM32CubeMx开发之路—3发送USART数据和printf重定向
Flash的读写, 详情可参考 STM32CubeMX开发之路—8Flash读写
串口的DMA收发, 详情可参考 STM32CubeMx开发之路—4采用DMA方式收发数据
YModem协议相关的, 详情可参考 YModem介绍

Ymodem协议

百度百科Ymodem协议
具体流程可自行查找相关文档, 这儿提供一个我找到的 XYmodem.pdf.
Ymodem协议相关介绍可参考我的这篇教程 YModem介绍.

代码分析

代码大多数都是通过串口实现Ymodem协议的接收, 这儿就不详细说明
后面放了我的源代码, 详情请参考我的源代码.
主函数添加修改向量表的指令

打印版本信息以及跳转指令

YModem相关的文件接收部分


/*** @bieaf YModem升级** @param none* @return none*/
void ymodem_fun(void)
{int i;if(Get_state()==TO_START){send_command(CCC);HAL_Delay(1000);}if(Rx_Flag)        // Receive flag{Rx_Flag=0;    // clean flag/* 拷贝 */temp_len = Rx_Len;for(i = 0; i < temp_len; i++){temp_buf[i] = Rx_Buf[i];}switch(temp_buf[0]){case SOH:///<数据包开始{static unsigned char data_state = 0;static unsigned int app2_size = 0;if(Check_CRC(temp_buf, temp_len)==1)///< 通过CRC16校验{if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始{printf("> Receive start...\r\n");Set_state(TO_RECEIVE_DATA);data_state = 0x01;send_command(ACK);send_command(CCC);/* 擦除App2 */Erase_page(Application_2_Addr, 40);}else if((Get_state()==TO_RECEIVE_END)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 结束{printf("> Receive end...\r\n");Set_Update_Down();Set_state(TO_START);send_command(ACK);HAL_NVIC_SystemReset();}else if((Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)&&(temp_buf[1] == data_state)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 接收数据{printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);/* 烧录程序 */WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);data_state++;send_command(ACK);}}else{printf("> Notpass crc\r\n");}}break;case EOT://数据包开始{if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA){printf("> Receive EOT1...\r\n");Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);send_command(NACK);}else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2){printf("> Receive EOT2...\r\n");Set_state(TO_RECEIVE_END);send_command(ACK);send_command(CCC);}else{printf("> Receive EOT, But error...\r\n");}}break;}}
}