【stm32】STM32F407 如何使用代码进入USB-DFU模式？

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前言

大家都知道，ST芯片预置了自己的bootloader，使用方法也很简单，通过配置Boot1 和Boot0 引脚，复位后即可进入bootloader。
在大部分成熟的产品中，一般不会像开发板一样预留这两个引脚的空间位置，在某些应用中，往往也不方便拆开外壳来修改Boot引脚进入DFU 模式。
那么，如何在不修改boot引脚的情况下进入DFU模式来进行程序升级？成为了产品的新需求。

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一、ST芯片的启动模式

ST芯片的启动模式有三种。
Main Flash Memory 称为主Flash区，用来存放我们下载的程序，正常上电后，程序将从这里开始启动运行。
System Memory 称为系统存储区，用于存放预置的bootloader，在该模式下，可支持多种重新烧录程序的方式。
Embedded Memory 称为内置SRAM，这个模式一般用于快速的程序调试。

二、进入bootloader的方法

1.通过外部修改boot引脚的状态

正如前面所提及的，将Boot0置于高电平，Boot1置于地电平，复位后即可进入DFU模式。

2.通过软件直接跳转到System Memory

直接修改引脚的方法显然最直接，但是有时候却也很不方便。通过软件的方式，即用预先编辑好的代码，在外部条件触发下来引导进入bootloader。

从应用手册 AN2606《STM32 microcontroller system memory boot mode》查找证实，可以通过代码的方式跳转到system memory来执行bootloader，但是在这之前，需要满足一下4个要求：

• 关闭时钟分频器
• 关闭PLL
• 禁用所有中断
• 清除所有中断标记位
  
  从编程手册PM0081《STM32F40xxx and STM32F41xxx Flash programming manual》手册查找，SystemMemory 的地址是从0x1FFF0000开始的，那么通过软件直接跳转到改地址，即可以进入bootloader。
  

三、工程编写

在跳转到System memory之前，是需要完成前边提到的四项操作的，这里有两种方法。

第一种可以参考安富莱《【STM32H7教程】第68章 STM32H7的系统bootloader之USB DFU方式固件升级》 的教程，手动编辑配置以上4项要求，摘抄代码如下图。
另外一种是使用软复位的功能进行操作，因为在复位后，系统时钟初始化之前，所有的操作都是初始状态。此时可以直接跳转到system memory，而不用担心前边的四项要求是否处理正确。
个人倾向于第二种软复位的方式进行操作。

接下来，将使用arduino的方式演示整个过程的，实现软复位进入DFU模式。其他IDE工程除了代码风格不同，其他操作基本类似。
该方法经过STM32cube工程测试，一样可以实现。

1. 建立DFU触发方式及设立标记位

本案例使用按钮的方式来触发，利用RTC后备寄存器来保存标记位，标记有效时执行软复位。

#include 
#include 

#define LED PG0
#define BUTTON PB2
#define PRESSED LOW

int led_delay_time = 1000;

void setup()
{
  // put your setup code here, to run once:
  pinMode(LED, OUTPUT);
  pinMode(BUTTON, INPUT_PULLUP);
  RTC_init(HOUR_FORMAT_24, LSE_CLOCK, false);

  //software reset
  if (__HAL_RCC_GET_FLAG(RCC_FLAG_SFTRST) == SET)
    led_delay_time = 3000;
  __HAL_RCC_CLEAR_RESET_FLAGS();
}

void loop()
{
  // put your main code here, to run repeatedly:
  digitalToggle(LED);
  delay(led_delay_time);
  if (digitalRead(BUTTON) == PRESSED)
  {
    //Write a flag in the RTC backup register
    setBackupRegister(LL_RTC_BKP_DR0, 0x1498);
    if (getBackupRegister(LL_RTC_BKP_DR0) != 0x1498)
    {
      //not match, that means it is not written correctly. flashes quickly to warn
      while (1)
      {
        digitalToggle(LED);
        delay(200);
      }
    }
    else
    {
      //software reset, Prepare for entering dfu mode
      HAL_NVIC_SystemReset();
    }
  }
}

阶段性验证：烧录成功后，手动复位，led灯闪烁；当按钮按下后，led闪烁变慢，即可验证软复位成功执行。若按下按钮后，led灯闪烁加快，则证明动作标记位没有写入成功，需要检查RTC的配置是否正确，是否有读写授权。

2. 利用代码跳转进入DFU模式

软复位验证成功后，就需要在application启动之前添加代码，跳转到system memory执行bootloader。
这里参考启动文件 startup_stm32f407xx.s 可知，main函数（application）是在SystemInit函数（时钟系统初始化函数）之前执行的，因此，我们需要将跳转的代码添加在systemInit函数中，也就是在时钟系统初始化配置之前就执行判断是否进入bootloader。

systemInit函数位于.platformio\packages\framework-arduinoststm32\system\STM32F4xx\system_stm32f4xx.c文件中，修改内容如下。

void jumpToSystemBoot(void)
{
  /* RTC handler declaration */
  RTC_HandleTypeDef RtcHandle;
  RtcHandle.Instance = RTC;
  if (HAL_RTCEx_BKUPRead(&RtcHandle, RTC_BKP_DR0) == 0x1498)
  {
    __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
    HAL_PWR_EnableBkUpAccess();

    __HAL_RCC_RTC_CONFIG(RCC_RTCCLKSOURCE_HSE_DIV2);
    __HAL_RCC_RTC_ENABLE();
    HAL_RTCEx_BKUPWrite(&RtcHandle, RTC_BKP_DR0, 0x0);

    __HAL_RCC_RTC_DISABLE();
    HAL_PWR_DisableBkUpAccess();
    __HAL_RCC_PWR_CLK_DISABLE();
    void (*SysMemBootJump)(void);

    __set_MSP(*(__IO uint32_t *)0x1FFF0000);
    SysMemBootJump = (void (*)(void))(*((uint32_t *)0x1FFF0004));
    SysMemBootJump();
    while (1);
  }
}
/**
  * @brief  Setup the microcontroller system
  *         Initialize the FPU setting, vector table location and External memory
  *         configuration.
  * @param  None
  * @retval None
  */
void SystemInit(void)
{
//将跳转函数放在前面执行，如果需要跳转，则执行跳转
  jumpToSystemBoot();
/* FPU settings ------------------------------------------------------------*/
#if (__FPU_PRESENT == 1) && (__FPU_USED == 1)
  SCB->CPACR |= ((3UL << 10 * 2) | (3UL << 11 * 2)); /* set CP10 and CP11 Full Access */
#endif
  /* Reset the RCC clock configuration to the default reset state ------------*/
  /* Set HSION bit */
  RCC->CR |= (uint32_t)0x00000001;

  /* Reset CFGR register */
  RCC->CFGR = 0x00000000;

  /* Reset HSEON, CSSON and PLLON bits */
  RCC->CR &= (uint32_t)0xFEF6FFFF;

  /* Reset PLLCFGR register */
  RCC->PLLCFGR = 0x24003010;

  /* Reset HSEBYP bit */
  RCC->CR &= (uint32_t)0xFFFBFFFF;

  /* Disable all interrupts */
  RCC->CIR = 0x00000000;

#if defined(DATA_IN_ExtSRAM) || defined(DATA_IN_ExtSDRAM)
  SystemInit_ExtMemCtl();
#endif /* DATA_IN_ExtSRAM || DATA_IN_ExtSDRAM */

  /* Configure the Vector Table location add offset address ------------------*/
#ifdef VECT_TAB_SRAM
  SCB->VTOR = SRAM_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal SRAM */
#else
  SCB->VTOR = FLASH_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal FLASH */
#endif
}

验证：烧录成功后，手动复位，led灯闪烁；当按钮按下后，led熄灭，即可验证成功执行。此时将控制卡USB连接到电脑，可以看到STM32 DFU驱动已经被识别。（没有驱动的参考安装DfuSe下载软件的使用手册）。

自此，教程完成。

其实不管是Arduino还是CMSIS 或者是 STM32cube，除了调用的函数不一样之外，其实都是一样的操作，因为三种工程都是使用同一个启动文件（startup_stm32f407xx）去执行的。

参考文献

1.《一种从用户代码调用系统存储器中Bootloader 的方法》
2.《STM32通过USB方式烧录程序DFU详解》
3. AN2606 Application Note:《 STM32 microcontroller system memory boot mode》
4. PM0081 Programming manual:《STM32F40xxx and STM32F41xxx Flash programming manual》
5. DfuSE USB Programming Software