STM32实现在线更新程序简记

1 应用背景

一般情况下,通过Jtag接口或者USART0将程序烧进STM32内部Flash中。如果是已经装配好的板子(安装在壳体内或其他不易接触到的地方),要通过上述方式重新烧录程序时可能就需要将壳体拆掉(大多数情况下烧录接口不会由壳体引出),烧写完程序后再重新安装,这样一来相对麻烦。

像一些预留与外部通信接口(USB,RS232或无线传输等)的设备,我们便可以想办法通过这些接口将新的程序写入单片机内,写完后使设备开始执行新写入的程序。通过该方式更新应用程序需要自己编写一个Bootloader。该Bootloader将通信接口传入的新应用程序写入STM32 Flash中,全部完成后,该Bootloader将跳转至新写入的应用程序,并开始运行该应用程序。

2 实现方式

对STM32实现远程更新时,首先需要实现一个Bootloader程序。该程序负责接收新的应用程序,并将应用程序写入Flash的指定位置,写成功后跳转至应用程序开始执行新写入的应用程序;应用程序和Bootloader程序相互独立。因此需要将STM32的Flash分为两块,一块用于存放Bootloader程序,另一块存放应用程序,两者之间的存储地址不可重叠。其中可以实现是Bootloader在上电时默认开始执行,因此将Bootloader程序存放至STM32默认执行的位置(keil编译器默认从0x08000000地址开始存放)。而应用程序从Bootloader后开始存放。如下图所示(假设Bootloader大小为10k,即0x2800字节),下图中应用程序从0x08005000开始存放(该地址的选取应该保证应用程序有足够空间且不与Bootloader程序存储重叠)。


STM32实现在线更新程序简记_第1张图片
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下面以通过USB虚拟串口实现应用程序更新为例进行详细说明。

3 USB虚拟串口Bootloader的实现

首先需要将实验板实现为一个USB虚拟串口设备,Bootloader程序keil工程的建立和设置与一般工程keil工程的建立和设置没有区别。这里将不对虚拟串口的实现和工程建立和设置作说明。

3.1 写程序至Flash

虚拟串口实现后,需要接收上位机发送的程序数据,并将数据从Flash指定位置(0x08005000)开始写入。对Flash的操作过程如下:

1)Flash解锁。
2)擦除所要写的Flash页。这里注意的是,虚拟串口每次收到的数据做多64字节,而Flash页(以STM32F103RB为例)大小为1k字节,因此仅在首次写该页时擦除该页。
3) 开始向Flash写入数据。

4) 写完后,检查是否写入正确。

5) 锁Flash。

3.2 跳转至应用程序

将接收到应用程序全部正确写入Flash指定位置后,Bootloader需要跳转到应用程序开始执行应用程序。跳转过程如下:

1) 关闭中断,防止在跳转过程中有中断发生。

2)获取栈指针,即为0x08005000~0x08005003中存储的内容(32bits)。

3)获取复位向量,即为栈指针后的四字节内容(32bits)。

4) 重定向中断向量表,以保证应用程序中中断的正常工作。我们的应用程序要从0x08005000存储,因此相对于Flash基地址0x08000000偏移了0x5000。

5) 设置新的栈指针,上述中所获取的栈指针。

6) 跳转至复位向量开始运行,( (void()(void))(reset) )()。reset为上述获取的复位向量。这样跳转后便脱离了之前的Bootloader程序,开始应用程序的执行。

4 应用工程的建立和实现

4.1 应用工程设置

应用工程的建立和一般性设置这里不再叙述,这里仅说明需要注意的地方。

应用工程的设置需要注意的是,为了防止与Bootloader重叠,在Target选项卡中的ROM设置如下,起始地址设为0x08005000,大小设为0x1B000(总大小0x20000-0x5000):

STM32实现在线更新程序简记_第2张图片
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若使用Jlink调试,需要在Debug选项卡中选择使用Jlink,并且点击旁边的“Setting”按钮。在FlashDownload选项中设置如下:

STM32实现在线更新程序简记_第3张图片
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另外需要注意的,应用程序需要转换为bin文件才可以直接写入Flash中。编译器可以选择生成hex文件,我们自己可以再把hex文件转换为bin文件。这里还可以使用简单方法,点开User选项卡,设置如下图,即在编译后直接执行fromelf.exe命令将.axf文件转换为.bin文件。生成的bin文件在工程目录下的out文件夹下。

STM32实现在线更新程序简记_第4张图片
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4.2 应用程序中的注意点

在应用程序中,与程序跳转需要注意的是,单片机从Bootloader程序跳转至应用程序的复位向量处开始执行,单片机在执行main函数之前会执行一些系统初始化程序。在系统初始化函数void SystemInit (void);在该函数中有对中断向量表的设置,如下:

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在上图中VECT_TAB_OFFSET默认为0x0,而应用程序的中断向量表需要定位到0x08005000,因此这里需要将VECT_TAB_OFFSET值修改为0x5000。(这里可能跟跳转程序中的设置中断向量表的过程重复)。

5 测试验证结果

实验中,我们的应用软件很简单,只是现在主循环中控制灯闪烁,并通过定时器3的定时中断控制另一个灯闪烁(为验证中断正常)。其中主循环灯闪烁指定次数后再跳转至Bootloader程序(仅为了实验两者之间的相互跳转,实际应用中应该有特定的触发条件)。

首先将Bootloader程序通过Jlink下载到板子中,给板子重新上电,电脑识别到虚拟串口设备,打开串口调试助手,并打开实验板对应的串口。

点击串口调试助手中的‘打开文件’,找到应用程序编译生成的bin文件后点击打开。然后点击‘发送文件’。

串口调试助手显示文件发送成功后,实验板上的两个灯开始闪烁,即应用程序中主循环中的灯闪烁和定时中断控制的灯闪烁。

灯闪烁一段时间后,全部熄灭,电脑再次能够识别到虚拟串口设备,并能够通过串口调试助手再次发生bin文件来更新程序。

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