STM32固件IAP升級實戰(zhàn)

rookie 2022-05-08 發(fā)布于北京

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硬件：stm32f103cbt6 軟件：STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0

1 預(yù)備知識

2 Bootloader

2.1 啟動流程
2.2 校驗跳轉(zhuǎn)地址是否有效
2.3 Keil 工程 IAP 的相關(guān)設(shè)置

3 Application

3.1 啟動流程
3.2 IAP 中的引導(dǎo)部分
3.3 關(guān)于 VTOR
3.4 Keil 工程設(shè)置

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1 預(yù)備知識

基于標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0)的 IAP 升級相關(guān)資料可以參考 IAP ST 官方資料匯總。

STM32 升級的三種方式：IAP,ICP,ISP；具體有什么區(qū)別可以自行 Google；

本文需要實現(xiàn) STM32 的 Bootloader（后面 Bootloader/IAP 不加以區(qū)分），文件傳輸基于 ymodem 協(xié)議通過串口進(jìn)行傳輸，這里參考了 ST 官方的 DEMO —— STM32F10xxx in-application programming using the USART AN2557，在此基礎(chǔ)上做了部分修改，增加了延時啟動的功能，最終可以實現(xiàn)想要的效果。

整體架構(gòu)分為兩個部分；Bootloader 和 Application，具體如下圖所示；

由上圖可知，STM32 內(nèi)置的 Flash 被分成了兩個部分，分別用來保存 Bootloader 和 Application 程序，這里有兩個有兩個 FLASH 起始地址 0x8000000 和 0x8003000；

為什么是 0x8000000 這個地址呢？而不是其他地址呢？這是由 M3 內(nèi)核硬件上的設(shè)計就已經(jīng)這么做了，人為設(shè)計好了，可以參考 M3 內(nèi)核權(quán)威指南；

0x8003000 這個地址則是由我們自己來規(guī)定的，這個地址的范圍必須在 0x8000000 和 0x8020000 之間，所以一般根據(jù) Bootloader 程序的最終大小，在這范圍之間取一個比較合理的值即可。如下圖所示；

注意：本文使用的stm32f103cb，屬于中等大小 Flash，128K = 0x20000，所以地址范圍是 0x8000000~0x8020000；

2 Bootloader

2.1 啟動流程

這里的 Bootloader 即為 IAP 程序，它具備以下幾個功能；

支持文件傳輸；本文基于 ymodem 協(xié)議通過串口通訊接收或發(fā)送的 bin 文件；當(dāng)然也可以通過 I2C，SPI，USB，WiFi，藍(lán)牙等等進(jìn)行文件傳輸；

對內(nèi)置 Flash 進(jìn)行讀寫，擦除和編程；

啟動 Application 程序；

前面分析 STM32 啟動文件的時候，我們可以知道，正常一個系統(tǒng)的啟動流程，可以參考《STM32 標(biāo)準(zhǔn)庫 V3.5 啟動文件 startup_stm32f10xxx.s 分析》；

由該圖可以知道程序正常啟動流程；以下表格一四個向量是必須的，從圖中也可以了解到；

2.2 校驗跳轉(zhuǎn)地址是否有效

在主函數(shù)中可以看到如下程序；甚是不解和迷茫；沉思一會兒才恍然大悟；

本文中 ApplicationAddress = 0x8000000；那么*(__IO uint32_t*)ApplicationAddress)則是這個地址中所保存的值，由表格一可以知道，程序起始地址的第一個向量地址保存的棧頂?shù)模虼?，地?0x800_0000 和 0x800_3000 中保存的值都是指向棧頂，如下圖所示；

棧是在 RAM 上分配，因此 RAM 的有效范圍要做一個檢測，棧頂?shù)刂泛?0x2FFE0000 做與運算可以推算出，要校驗的 RAM 范圍是 0x2000_0000—0x2001_FFFF，所以 RAM 大小是 128K，官方 DEMO 默認(rèn)使用 HD 高密度系列，所以是 128K，本文是 CBT6，20K 的 RAM，則需要改成 0x2FFFB000：

計算方式：20K = 20*1024= 0x5000，0x2FFF_FFFF - (0x5000 - 1) = 0x2FFF_B000

2.3 Keil 工程 IAP 的相關(guān)設(shè)置

2.3.1 修改 Flash 地址

設(shè)置程序起始地址 0x800000 和大小 0x3000；

設(shè)置 Debug 工具燒寫時 Flash 的起始地址 0x800000 和大小 0x3000；

2.3.2 使用自己的鏈接腳本

該項為選配，與上述配置二選一即可，如果仍然想使用自己的鏈接腳本，在 Option-->Linker 下將 Use Memort Layout from Target Dialog 選項勾選去掉，然后選擇自己的鏈接腳本，如下圖進(jìn)行配置；

參考 ARMCC 的鏈接腳本編寫方法，可以自己編寫的 srt 文件，參考 ARM 分散加載技術(shù)；

如果用的 gcc 工具鏈，則要編寫 gcc 的鏈接腳本 ld 文件；

2.3.3 下載固件

配置完成之后進(jìn)行 Build，然后通過 SWD 的方式先下載固件，進(jìn)行實驗；

3 Application

3.1 啟動流程

用戶的 Application 需要在 IAP 啟動完成后，才能正常執(zhí)行；具體啟動過程，比正常應(yīng)用的啟動多了一個 IAP 啟動的過程，并最終通過 IAP 引導(dǎo)進(jìn)入 Application；具體如下圖所示；白色部分為 IAP; 灰色部分為 Application;

圖中的 0x8000004+N+M 就等于 0x8003004，所以 Application 的啟動地址需要進(jìn)行修改，另外還有其他需要修改的地方，下面會詳細(xì)指出。

3.2 IAP 中的引導(dǎo)部分

參考 IAP 中的引導(dǎo)程序；

可以發(fā)現(xiàn)的是 SP 的值為 0x8003000，指向棧頂，而 0x8003004 則為 ResetHander 的地址，系統(tǒng)會進(jìn)行復(fù)位，然后開始 Application 正常啟動流程；

3.3 關(guān)于 VTOR

VTOR 是向量表偏移量寄存器，它將用來告訴 CPU，從 Flash 的哪個地方去取向量地址，第一個要取的是 MSP 的值，然后就是復(fù)位向量地址 ResetHandler，如果這里設(shè)置錯誤，那么程序是無法正常啟動的。下面是標(biāo)準(zhǔn)庫中與其相關(guān)的代碼片段；

所以 Application 中還需要修改 VECT_TAB_OFFSET 的值為 0x3000;

參考 M3 權(quán)威指南：

如果需要動態(tài)地更改向量表，則對于任何器件來說，向量表的起始處都必須包含以下向量：

主堆棧指針（MSP）的初始值

復(fù)位向量

NMI

硬 fault 服務(wù)例程后兩者也是必需的，因為有可能在引導(dǎo)過程中發(fā)生這兩種異常?？梢栽?SRAM 中開出一塊空間用于存儲向量表。在引導(dǎo)期間先填寫好各向量，然后在引導(dǎo)完成后，就可以啟用內(nèi)存中的新向量表，從而實現(xiàn)向量可動態(tài)調(diào)整的能力。

3.4 Keil 工程設(shè)置

3.4.1 Flash 地址設(shè)置

與 IAP 工程設(shè)置類似，這里的 Application 是另一個 Keil 工程，同樣的需要對 Flash 進(jìn)行設(shè)置，如下圖所示；

這里 Application 工程的 Flash 地址偏移了 0x3000，正是之前 Bootloader 所占用的 Flash 空間大小，這里和 VTOR 的設(shè)置也必須保持一致；