STM32 W5500 OTA功能 - bootloader及app的设计和实现

通过W5500的网络功能，到文件服务器下载STM32要更新的固件(可执行bin文件)，存储到STM32片内FLASH的APP备份区中，以待bootloader拷贝到APP代码执行区，以实现OTA在线升级的功能。

我使用的芯片是STM32F103RCT6，48Kbyte的RAM内存和256Kbyte的片内FLASH。

片内FLASH区域划分

对于片内FLASH应用的划分，包括4个区域：bootloader区(36Kbyte)，App代码执行区(108Kbyte)，App代码备份区(108Kbyte)，用户数据记录区(4Kbyte)，共256Kbyte，如图所示：

那么片内FLASH各个区域对应的索引地址为：

Bootloader功能设计与实现

bootloader和普通的app程序类似，只不过它在STM32上电后开始执行的，它负责检测用户数据数据记录区是否有已经下载好的固件要更新。

如果用户数据数据记录区没有下载好的固件数据要更新，则直接跳转到App代码执行区；

如果用户数据数据记录区有下载好的固件数据要更新，那么根据用户数据记录区的下载固件文件长度，将App代码备份区的数据拷贝到App代码执行区，如果拷贝完成，则将用户数据记录区和App代码备份区数据擦除，再跳转到App代码执行区去执行更新好的新程序。

在Keil工程中，bootloader的配置

bootloader的代码实现：

#ifndef __STM32F10X_H
#define __STM32F10X_H
#include "stm32f10x.h"
#endif

#ifndef __Z_UTIL_TIME_H
#define __Z_UTIL_TIME_H
#include "z_util_time.h"
#endif

#ifndef __Z_HARDWARE_LED_H
#define __Z_HARDWARE_LED_H
#include "z_hardware_led.h"
#endif

#ifndef __Z_HARDWARE_FLASH_H
#define __Z_HARDWARE_FLASH_H
#include "z_hardware_flash.h"
#endif

#include 

#define APP_FLASH_ADDRESS 	 (0x8009000)
#define BACKUP_FLASH_ADDRESS (0x8024000)
#define RECORD_FLASH_ADDRESS (0x803F000)


typedef  void (*pFunction)(void);
pFunction Jump_To_Application;
uint32_t JumpAddress;

void func_jump2app(void)
{
	if (((*(__IO uint32_t*)APP_FLASH_ADDRESS) & 0x2FFC0000 ) == 0x20000000)
	{
		__disable_irq();
		JumpAddress = *(__IO uint32_t*) (APP_FLASH_ADDRESS + 4);
    Jump_To_Application = (pFunction) JumpAddress;
		__set_MSP(*(__IO uint32_t*) APP_FLASH_ADDRESS);
    Jump_To_Application();
	}
}

void func_led_onoff_cross(void);

u16 flash_buf[1024];
int main()
{
	u8 i;
	u32 len_backup;
	init_led();
	
	func_flash_read_datas(RECORD_FLASH_ADDRESS, flash_buf, 128);
	delay_ms(10);
	
	if(flash_buf[0] == 0x0002)// to update
	{
		u8 i, page, suc;
		len_backup = flash_buf[2]*65536 + flash_buf[3];
		page = len_backup / SECTOR_SIZE + 1;
		if(page <= 54)//108kbyte
		{
			for(i = 0; i < page; i++)
			{
				memset(flash_buf, 0xFFFF, sizeof(flash_buf));
				func_flash_read_datas(BACKUP_FLASH_ADDRESS + i*2048, flash_buf, 1024);
				suc = func_flash_write_datas(APP_FLASH_ADDRESS + i*2048, flash_buf, 1024);
				if(suc != 0)
				{
					break;
				}
			}
			if(suc == 0)//copy success
			{
				//clear backup
				for(i = 0; i < page; i++)
				{
					func_flash_erase_page(BACKUP_FLASH_ADDRESS + i*2048);
				}
				func_flash_erase_page(RECORD_FLASH_ADDRESS);
			}
		}		
	}
	
	for(i = 0; i < 5; i++)
	{
		func_led_onoff_cross();
	}
	func_jump2app();
	
}

void func_led_onoff_cross()
{
	func_led1_on();
	func_led2_off();
	delay_ms(200);
	func_led2_on();
	func_led1_off();
	delay_ms(200);
}

App功能设计与实现

App的功能，业务逻辑部分不作为本文描述重点。关于网络或其他方式下载固件，通过一个外部触发去执行，我这里使用了一个拨码开关来触发下载固件的事件。

在App代码执行开始的地方，做一个中断向量的配置

NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH, (FLASH_APPCODE_ADDR - FLASH_BASE_ADDR));

然后初始化各个GPIO的操作，由于我是通过W5500的Http Get方式下载可执行文件bin，初始化一下网络的配置，DHCP动态获取IP等。还有一个地方，是在网络下载数据的过程，通过一个钩子函数进行注册存储函数，以实现下载的方法和业务分离。

//hook
init_hooks_http_download_file_save(func_custom_http_downloading_file_save);

文件下载的内容，存储到App代码备份区，下载完成后会存储升级固件的标记以及下载了的固件文件的长度。

至于 STM32 W5500 Http Get方式下载固件的思路和实现，可参考 《STM32 W5500 Http Client Get请求 下载bin文件思路和实现》。

下载完成后，程序跳转到bootloader去执行。

关于App的工程配置

App的测试代码：

#ifndef __STM32F10X_H
#define __STM32F10X_H
#include "stm32f10x.h"
#endif

#ifndef __Z_UTIL_TIME_H
#define __Z_UTIL_TIME_H
#include "z_util_time.h"
#endif

#ifndef __Z_HARDWARE_LED_H
#define __Z_HARDWARE_LED_H
#include "z_hardware_led.h"
#endif

#ifndef __Z_HARDWARE_USART2_H
#define __Z_HARDWARE_USART2_H
#include "z_hardware_usart2.h"
#endif

#ifndef __Z_HARDWARE_FLASH_H
#define __Z_HARDWARE_FLASH_H
#include "z_hardware_flash.h"
#endif

#ifndef __Z_HARDWARE_SPI_H
#define __Z_HARDWARE_SPI_H
#include "z_hardware_spi.h"
#endif

#ifndef __Z_HARDWARE_SWITCHKEYS_H
#define __Z_HARDWARE_SWITCHKEYS_H
#include "z_hardware_switchkeys.h"
#endif

#ifndef __W5500_H
#define __W5500_H
#include "w5500.h"
#endif

#ifndef __SOCKET_H
#define __SOCKET_H
#include "socket.h"
#endif

#ifndef __W5500_CONF_H
#define __W5500_CONF_H
#include "w5500_conf.h"
#endif

#ifndef __DHCP_H
#define __DHCP_H
#include "dhcp.h"
#endif

#ifndef __HTTPC_H
#define __HTTPC_H
#include "httpc.h"
#endif

typedef  void (*pFunction)(void);
pFunction Jump_To_Bootloader;
uint32_t JumpAddress;

void func_jump2bootloader(void)
{
	if (((*(__IO uint32_t*)FLASH_BASE_ADDR) & 0x2FFC0000 ) == 0x20000000)
	{
		__disable_irq();
		JumpAddress = *(__IO uint32_t*) (FLASH_BASE_ADDR + 4);
    Jump_To_Bootloader = (pFunction) JumpAddress;
		__set_MSP(*(__IO uint32_t*) FLASH_BASE_ADDR);
    Jump_To_Bootloader();
	}
}

void func_led_onoff_cross(void);
void func_led_onoff_sametime(void);

void func_custom_http_downloading_file_save(u8 state, u8 pageno, u8* cache, u32 len_cache_cont)//pageno start from 1
{
//	func_usart2_dma_send_bytes(cache, len_cache_cont);
	if(state == 0)//downloading
	{
		//write FLASH Backup file content
		func_flash_write_datas(FLASH_APPBACKUP_ADDR + (pageno-1)*2048, (u16*)cache, SIZE_DOWNLOAD_CACHE/2);
	}
	else if(state == 1)//done
	{
		//write FLASH Backup file content
		func_flash_write_datas(FLASH_APPBACKUP_ADDR + (pageno-1)*2048, (u16*)cache, (len_cache_cont%2) == 0 ? (len_cache_cont/2) : (len_cache_cont/2+1));
		
		//write FLASH Record
		{
			u16 arrs[4];
			u32 downloadsize = (pageno-1)*SIZE_DOWNLOAD_CACHE + len_cache_cont;
			arrs[0] = 2;
			arrs[1] = 0xFFFF;
			arrs[2] = downloadsize >> 16;
			arrs[3] = (u16)downloadsize;
			func_flash_write_datas(FLASH_RECORD_ADDR, arrs, 4);			
		}
	}
}

u8 buf[2048];

int main()
{
	u8 state_k1_init;
	
	u8 mac[6]={0, };
	DHCP_Get dhcp_get;
	
	//FIXME your file server ip
	u8 srv_ip[] = {192, 168, 1, 109};
	u16 srv_port = 8888;
	
	NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH, (FLASH_APPCODE_ADDR - FLASH_BASE_ADDR));
	
	init_led();
	init_switchkeys();
	
	init_system_spi();
	func_w5500_reset();	
	
//	init_hardware_usart2_dma(115200);
	
	getMacByLockCode(mac);
	setSHAR(mac);
	
	sysinit(txsize, rxsize);
	setRTR(2000);
  setRCR(3);
	
	state_k1_init = func_get_switchkey1();
	
	//USART DMA problem: 2 bytes missing
//	func_usart2_dma_send_bytes(mac, 2);
//	delay_ms(100);
	
	//hook
	init_hooks_http_download_file_save(func_custom_http_downloading_file_save);
	
	//DHCP
	for(;func_dhcp_get_ip_sub_gw(buf, sizeof(buf), 1, mac, &dhcp_get, 500) != 0;);	
	if(func_dhcp_get_ip_sub_gw(buf, sizeof(buf), 1, mac, &dhcp_get, 500) == 0)
	{
		setSUBR(dhcp_get.sub);
		setGAR(dhcp_get.gw);
		setSIPR(dhcp_get.lip);
		close(1);
	}
	
	for(;;)
	{
		if(state_k1_init != func_get_switchkey1())
		{
			u8 res;
			//downlaod bin file and reboot
			memset(buf, 0 , sizeof(buf));
			res = func_http_get_download_file(0, srv_ip, srv_port, "/file/APP_Download.bin_1.1.8", 5000, buf, sizeof(buf));
			if(res == 0)
			{
				//jump to bootloader
				func_jump2bootloader();
			}
			state_k1_init = func_get_switchkey1();
		}
//		func_led_onoff_cross();
		func_led_onoff_sametime();
		
	}
	
}

void func_led_onoff_cross()
{
	func_led1_on();
	func_led2_off();
	delay_ms(500);
	func_led2_on();
	func_led1_off();
	delay_ms(500);
}

void func_led_onoff_sametime()
{
	func_led1_on();
	func_led2_on();
	delay_ms(500);
	func_led2_off();
	func_led1_off();
	delay_ms(500);
}

测试与结果

将bootloader编译并生成bin文件，通过STM32 ST-LINK Utility工具，将bootloader下载到0x08000000的位置上，如图：

将App编译一版LED1和LED2交叉亮灭的固件，通过STM32 ST-LINK Utility工具，将App下载到0x08009000的位置上，如图：

再编译一版LED1和LED2同时亮灭的固件，上传到文件服务器。

复位板子后，程序先执行bootloader的LED交叉快速闪烁，随后进入到原始App的LED慢速交叉闪烁。扳动拨码开关，随后几秒，LED交叉快速闪烁，然后两个LED同时亮，同时灭。App固件升级完成！

总结

bootloader和App的思路比较简单，但是实现的过程中，可能会遇到一些坑。说说我遇到过的坑：

1、bootloader工程target的FLASH大小配置

2、bootloader工程的startup_stm32f10x_hd.s文件的堆栈大小配置过小，导致Debug不好用，配置大一些就好了。

3、bootloader工程操作FLASH的代码问题，导致bin文件内容串位-通过STM32 ST-LINK Utility工具检查 FLASH中实际的内容是什么，从而排查解决了问题。

4、App工程也是因为FLASH的操作不当，导致用户数据记录区数据串位。