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第29章 STM32F407的系统bootloader之USB DFU方式固件升级
本章节为大家讲解使用系统bootloader做程序升级的方法，即使不依赖外部boot引脚也可以方便升级。
DFU的全称是Device Firmware Upgrade,即设备固件升级
29.1 初学者重要提示
29.2 跳转到系统bootloader的程序设计
29.3 STM32CubeProg的安装说明
29.3 STM32CubeProg的程序下载说明
29.4 USB DFU方式系统bootloader驱动移植和使用
29.6 实验例程设计框架
29.7 实验例程说明（MDK）
29.8 实验例程说明（IAR）
29.9 总结
29.1 初学者重要提示
- 学习本章节前，务必优先学习第28章。
- 本章用到的相关软件和文档下载：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=96573 。
- 软件STM32CubeProg和DfuSe都支持USB DFU，但是两个软件不能都安装使用，因为这两个软件的USB驱动不同，导致工作在系统bootloader模式的板子通过USB线接到电脑端时，只有一个软件的驱动被识别。
- DfuSe是老版的USB DFU软件，不推荐大家使用了。建议使用STM32CubeProg，此软件实现了之前的DfuSe，STLINK小软件和Flashloader三合一，并且支持外部EEPROM，NOR Flash，SPI Flash，NAND Flash等烧写，也支持OTA编程。
- 本章节的USB DFU的下载软件采用STM32CubeProg，如果想使用DfuSe的话，此贴有详细说明：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=11185 。
- 当芯片工作在系统bootLoader的USB DFU模式，更新完毕程序后，不会自动退出USB DFU，需要重新复位芯片后才会退出。由于DFU模式会用到USB线，插拔USB线是难以避免的，所以是否支持自动退出，并不影响。
29.2 跳转到系统bootLoader的程序设计
程序设计如下，基本是按照第28章3.2小节的方法进行设计
1. /* 2. ****************************************************************************************************** 3. * 函 数 名: JumpToBootloader 4. * 功能说明: 跳转到系统BootLoader 5. * 形 参: 无 6. * 返 回 值: 无 7. ****************************************************************************************************** 8. */ 9. static void JumpToBootloader(void) 10. { 11. uint32_t i=0; 12. void (*SysMemBootJump)(void); /* 声明一个函数指针 */ 13. __IO uint32_t BootAddr = 0x1FFF0000; /* STM32F4的系统BootLoader地址 */ 14. 15. /* 关闭全局中断 */ 16. DISABLE_INT(); 17. 18. /* 关闭滴答定时器，复位到默认值 */ 19. SysTick->CTRL = 0; 20. SysTick->LOAD = 0; 21. SysTick->VAL = 0; 22. 23. /* 设置所有时钟到默认状态，使用HSI时钟 */ 24. HAL_RCC_DeInit(); 25. 26. /* 关闭所有中断，清除所有中断挂起标志 */ 27. for (i = 0; i < 8; i++) 28. { 29. NVIC->ICER[i]=0xFFFFFFFF; 30. NVIC->ICPR[i]=0xFFFFFFFF; 31. } 32. 33. /* 使能全局中断 */ 34. ENABLE_INT(); 35. 36. /* 设置重映射到系统Flash */ 37. __HAL_SYSCFG_REMAPMEMORY_SYSTEMFLASH(); 38. 39. /* 跳转到系统BootLoader，首地址是MSP，地址+4是复位中断服务程序地址 */ 40. SysMemBootJump = (void (*)(void)) (*((uint32_t *) (BootAddr + 4))); 41. 42. /* 设置朱堆栈指针 */ 43. __set_MSP(*(uint32_t *)BootAddr); 44. 45. /* 在RTOS工程，这条语句很重要，设置为特权级模式，使用MSP指针 */ 46. __set_CONTROL(0); 47. 48. /* 跳转到系统BootLoader */ 49. SysMemBootJump(); 50. 51. /* 跳转成功的话，不会执行到这里，用户可以在这里添加代码 */ 52. while (1) 53. { 54. 55. } 56. }
这里把程序设计中的几个关键地方做个说明：
- 第12行，声明一个函数指针。
- 第13行，这个要特别注意，F4的系统bootloader地址。
- 第19到21行，设置滴答定时器到复位值。
- 第24行，此函数比较省事，可以方便的设置F4所有时钟到复位值，内部时钟使用HSI。
- 第27到31行，清除所有中断挂起标志并关闭中断，这里是直接通过一个for循环设置了NVIC所有配置位，共8组。
- 第37行，将系统bootloader的地址映射到0x0000 0000。这点非常重要，根本原因是F4的系统bootloader要从0x00000000地址读取中断向量。
- 第40行，将系统bootLoader的中断复位服务程序的入口地址赋给第12行声明的函数，用户执行这个函数时，就会直接跳转过去。
- 第43行，设置主堆栈指针位置，即系统bootloader的首地址存储的就是栈地址。
- 第46行，这个设置在RTOS应用程序中比较重要，因为基于Cortex-M内核的RTOS任务堆栈基本都是使用线程堆栈指针PSP。但系统bootLoader使用的是主堆栈指针MSP，所以务必要设置下，同时让M内核工作于特权级。此寄存器的作用如下：
- 第49行，跳转到系统bootLoader。
29.3 STM32CubeProg的安装说明
STM32CubeProg的安装比较简单如果大家的电脑中缺少JAVA环境，会提示安装，按照提示操作即可。
这里特别注意USB DFU驱动的安装，如果大家的电脑上安装了DfuSe软件，那边板子工作在系统bootLoader模式时，电脑端的设备管理器识别出来的标识是这样的：
如果用STM32CubeProg的话，务必要将此驱动删掉，鼠标右击此标识，选择卸载，弹出如下对话框：
卸载完毕后，重启电脑，然后运行STM32CubeProg安装目录里面的STM32Bootloader.bat即可，最后插上设备就可以正常识别了。识别后的标识：
29.4 STM32CubeProg的程序下载说明
这里把两种下载方式都做个说明，一种是设置外部boot引脚进行下载，另一种是设置程序跳转到系统bootloader进行下载。
29.4.1 设置boot引脚跳转到系统bootLoader
- 第1步：此接口插上USB线：
- 第2步：板子上电前按住右下角的BOOT引脚。
- 第3步：板子上电3秒左右，松手。
在电脑端设备管理器就可以看到已经识别出来：
29.4.2 应用程序跳转到系统bootloader
应用程序跳转到系统bootLoader比较方便，无需用户操作外置的boot引脚了，只需调用本章第2小节的程序就可以跳转。本章配套的例子是用户按下按键K1后执行跳转程序，大家可以根据需要实现各种触发跳转的方式。跳转成功后，在电脑端设备管理器里面也会看到bootloader标识：
29.4.3 STM32CubeProg下载程序设置
识别成功后就可以下载程序了。
第1步，选择USB方式，点击Connect按钮。
识别成功后的效果如下：
这里要特别注意一点，如果用户没有关闭这个软件，多次插拔USB线时，记得点击这里的刷新按钮，因为有时候这个软件不会自动显示出来，点击刷新按钮才行。
第2步，添加要下载的hex文件，勾选需要设置的选项，点击启动编程。
- Start address选项不填的话，默认会下载到内部Flash的首地址，保险起见，大家也可以填上首地址0x0800 0000，或者其它要下载的地址。
- Run after programming选项勾选或者不勾选均可，因为测试发现STM32CubeProg不支持USB DFU编程后运行。这样特别说一点，如果勾上此选项后，下载完毕程序后，会自动断开连接，并弹出一些列窗口，最终弹出下面这个窗口：
弹出这个窗口并不是表示下载失败了，而是下载完成后退出了系统bootloader。
第3步，完成下载后的效果如下：
下载完成后板子重新上电就可以看到程序已经成功下载了。
29.5 USB DFU方式系统Bootloader驱动移植和使用
系统bootloader的移植比较简单，仅需添加本章第2小节的程序到自己工程里面即可。里面有个开关中断API，是在bsp.h文件里面定义的：
/* 开关全局中断的宏 */ #define ENABLE_INT() __set_PRIMASK(0) /* 使能全局中断 */ #define DISABLE_INT() __set_PRIMASK(1) /* 禁止全局断 */
29.6 实验例程设计框架
通过程序设计框架，让大家先对配套例程有一个全面的认识，然后再理解细节，本次实验例程的设计框架如下：
第1阶段，上电启动阶段：
- 这部分在第14章进行了详细说明。
第2阶段，进入main函数：
- 第1部分，硬件初始化，主要是HAL库，系统时钟，滴答定时器和LED。
- 第2部分，应用程序设计部分，K1按键按下后跳转到系统bootloader。。
29.7 实验例程说明（MDK）
配套例子：
V5-009_基于系统bootloader的USB接口方式IAP升级（USB DFU）
实验目的：
- 学习基于系统bootloader的USB接口方式IAP升级。
实验内容：
- STM32的系统存储区自带BootLoader，可以方便的实现串口，I2C，CAN，SPI，USB等接口方式的程序升级。
- 如果使用系统BootLoader支持的接口升级方式，基本就不需要用户自己做BootLoader了。
- 除了通过boot引脚控制启动地址，也可以直接从应用程序里面跳转到系统存储区。
实验操作：
- K1键按下，跳转到系统BootLoader。
上电后串口打印的信息：
波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1。
程序设计：
系统栈大小分配：
硬件外设初始化
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现：
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: bsp_Init * 功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次 * 形 参：无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ void bsp_Init(void) { /* STM32F407 HAL 库初始化，此时系统用的还是F407自带的16MHz，HSI时钟: - 调用函数HAL_InitTick，初始化滴答时钟中断1ms。 - 设置NVIV优先级分组为4。 */ HAL_Init(); /* 配置系统时钟到168MHz - 切换使用HSE。 - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock，并重新配置HAL_InitTick。 */ SystemClock_Config(); /* Event Recorder： - 可用于代码执行时间测量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。 - 默认不开启，如果要使能此选项，务必看V5开发板用户手册第8章 */ #if Enable_EventRecorder == 1 /* 初始化EventRecorder并开启 */ EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U); EventRecorderStart(); #endif bsp_InitKey(); /* 按键初始化，要放在滴答定时器之前，因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */ bsp_InitTimer(); /* 初始化滴答定时器 */ bsp_InitUart(); /* 初始化串口 */ bsp_InitExtIO(); /* 初始化扩展IO */ bsp_InitLed(); /* 初始化LED */ BEEP_InitHard(); /* 初始化蜂鸣器 */ }
主功能：
主程序实现如下操作：
- 启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
- K1键按下，跳转到系统BootLoader。
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: main * 功能说明: c程序入口 * 形 参: 无 * 返 回 值: 错误代码(无需处理) ********************************************************************************************************* */ int main(void) { uint8_t ucKeyCode; /* 按键代码 */ bsp_Init(); /* 硬件初始化 */ PrintfLogo(); /* 打印例程名称和版本等信息 */ PrintfHelp(); /* 打印操作提示 */ bsp_StartAutoTimer(0, 100); /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */ while (1) { bsp_Idle(); /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */ /* 判断定时器超时时间 */ if (bsp_CheckTimer(0)) { /* 每隔100ms 进来一次 */ bsp_LedToggle(2); } /* 按键滤波和检测由后台systick中断服务程序实现，我们只需要调用bsp_GetKey读取键值即可。 */ ucKeyCode = bsp_GetKey(); /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */ if (ucKeyCode != KEY_NONE) { switch (ucKeyCode) { case KEY_DOWN_K1: /* K1键按下，K1键按下，跳转到系统BootLoader */ JumpToBootloader(); break; default: /* 其它的键值不处理 */ break; } } } }
29.8 实验例程说明（IAR）
配套例子：
V5-009_基于系统bootloader的USB接口方式IAP升级（USB DFU）
实验目的：
- 学习基于系统bootloader的USB接口方式IAP升级。
实验内容：
- STM32的系统存储区自带bootLoader，可以方便的实现串口，I2C，CAN，SPI，USB等接口方式的程序升级。
- 如果使用系统bootLoader支持的接口升级方式，基本就不需要用户自己做bootLoader了。
- 除了通过boot引脚控制启动地址，也可以直接从应用程序里面跳转到系统存储区。
实验操作：
- K1键按下，跳转到系统bootLoader。
上电后串口打印的信息：
波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1。
程序设计：
系统栈大小分配：
硬件外设初始化
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现：
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: bsp_Init * 功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次 * 形 参：无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ void bsp_Init(void) { /* STM32F407 HAL 库初始化，此时系统用的还是F407自带的16MHz，HSI时钟: - 调用函数HAL_InitTick，初始化滴答时钟中断1ms。 - 设置NVIV优先级分组为4。 */ HAL_Init(); /* 配置系统时钟到168MHz - 切换使用HSE。 - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock，并重新配置HAL_InitTick。 */ SystemClock_Config(); /* Event Recorder： - 可用于代码执行时间测量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。 - 默认不开启，如果要使能此选项，务必看V5开发板用户手册第8章 */ #if Enable_EventRecorder == 1 /* 初始化EventRecorder并开启 */ EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U); EventRecorderStart(); #endif bsp_InitKey(); /* 按键初始化，要放在滴答定时器之前，因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */ bsp_InitTimer(); /* 初始化滴答定时器 */ bsp_InitUart(); /* 初始化串口 */ bsp_InitExtIO(); /* 初始化扩展IO */ bsp_InitLed(); /* 初始化LED */ BEEP_InitHard(); /* 初始化蜂鸣器 */ }
主功能：
主程序实现如下操作：
- 启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
- K1键按下，跳转到系统BootLoader。
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: main * 功能说明: c程序入口 * 形 参: 无 * 返 回 值: 错误代码(无需处理) ********************************************************************************************************* */ int main(void) { uint8_t ucKeyCode; /* 按键代码 */ bsp_Init(); /* 硬件初始化 */ PrintfLogo(); /* 打印例程名称和版本等信息 */ PrintfHelp(); /* 打印操作提示 */ bsp_StartAutoTimer(0, 100); /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */ while (1) { bsp_Idle(); /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */ /* 判断定时器超时时间 */ if (bsp_CheckTimer(0)) { /* 每隔100ms 进来一次 */ bsp_LedToggle(2); } /* 按键滤波和检测由后台systick中断服务程序实现，我们只需要调用bsp_GetKey读取键值即可。 */ ucKeyCode = bsp_GetKey(); /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */ if (ucKeyCode != KEY_NONE) { switch (ucKeyCode) { case KEY_DOWN_K1: /* K1键按下，K1键按下，跳转到系统BootLoader */ JumpToBootloader(); break; default: /* 其它的键值不处理 */ break; } } } }
29.9 总结
本章节为大家介绍的USB DFU方式还是非常实用的，特别是产品硬件不带boot引脚时。