这是一篇关于程序在线升级的干货文章！

嵌入式资讯精选 2021-01-11 00:00

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这是网上看到的一篇关于程序在线升级的干货文章，转与大家一起学习。原文中有穿插一些超链接及源码，这里无法同步，建议阅读原文，原文见本推文原文链接。

一、在线升级基础知识

什么是BootLoader?

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.

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:

二、关于BootLoader

流程图分析

以我例程的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:

发送USART数据和printf重定向
Flash的读写
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，源码查看原文可获取。

三、关于APP

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：https://blog.csdn.net/weixin_41294615/article/details/86154538
Flash的读写, 详情可参考：https://blog.csdn.net/weixin_41294615/article/details/87610039
串口的DMA收发, 详情可参考https://blog.csdn.net/weixin_41294615/article/details/86218556
YModem协议相关的, 详情可参考https://blog.csdn.net/weixin_41294615/article/details/104652105

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https://blog.csdn.net/weixin_41294615/article/details/104652105

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; 
  }
 }
}