STM32构建BootLoader实现多系统OTA

STM32构建BootLoader实现多系统OTA

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引言

  
   通过BootLoader实现OTA升级是我们单片机常用的实现方式，其实我们可以将其多元化构建成多个系统，一方面，实现OTA可以保证升级过程出现任何错误时，原系统可恢复，也可以充分利用flash空间，实现系统可恢复操作，另一方面，可以实现多个单独应用程序的运行，以及相互切换操作，实现完全剥离的模块化开发。

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一、基本概念

  

• BootLoader ，本意就是引导加载程序。它是系统运行之前运行的一段引导程序。通过这段小程序，可以配置硬件设备、为用户选择系统、加载驱动等等操作，其中OTA 就需要通过它来进行引导，就好像我们安装系统时候使用光盘或者U盘启动的道理一样。

• 三个近似的概念：
  OTA ，Over The Air ，空中升级的意思。
  UDF ，Device Firmware Update，指设备固件更新。
  IAP，In-Application Programming，应用内编程。

  如果您遇到这个三个概念，很可能就是是指的同一件事情就是升级，指对自己进行编程更新，名称强调的重点不同而已。包谷换玉米，没什么差异。

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二、基础参考

  
  基础例程，请参考STM32的串口IAP例程。

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三、认识STM32内置存储器扇区分布

  

STM32的OTA升级，首先要理解存储区域的划分、大小以及读写方式，以F413为例

• 它的程序起始地址为0x8000000。
• 以扇区为单位，大小不同。
• 存储区域如下表。

扇区	地址	存储空间
扇区0	ox8000000 - 0x8003FFF	16KB
扇区1	ox8004000 - 0x8007FFF	16KB
扇区2	ox8008000 - 0x800BFFF	16KB
扇区3	ox800C000 - 0x800FFFF	16KB
扇区4	ox8010000 - 0x801FFFF	64KB
扇区5	ox8020000 - 0x803FFFF	128KB
扇区6	ox8040000 - 0x805FFFF	128KB
扇区7	ox8060000 - 0x807FFFF	128KB
扇区8	ox8080000 - 0x809FFFF	128KB
扇区9	ox80A0000 - 0x80BFFFF	128KB
扇区10	ox80C0000 - 0x80DFFFF	128KB
扇区11	ox80E0000 - 0x80FFFFF	128KB

  了解了存储空间，就要安按照软件项目的需求，以扇区块为单位进行分配。软件工程可以分为一个BootLoader工程+多个APP工程的模式为系统布局。例如系统分区如下：

地址分配	备注
BOOTLOADER_ADDR (0x08000000)	启动文件起始地址，从扇区0开始
OTA_FLAG_ADDR (0x0800C000)	标志参数起始地址，从扇区3开始
APP1_ADDR (0x08020000)	第一个应用程序起始地址，从扇区5开始
APP2_ADDR (0x08060000)	第二个应用程序起始地址，从扇区7开始

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四、构建BootLoader+APP工程

  BootLoader在0x8000000的位置启动，引导程序文件一般情况是必须烧录进去的，可以根据自己定义的标志去获取状态，来跑入自己的boot流程，或者直接跳转到自己定义的APP程序。这个标志可以是flash上的一个值、一个电平、按键、网络数据等等，只要是系统可以识别到的，都是可以的。
下面是以一个蓝牙OTA的框架的举例实现：

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1、BootLoader主流程举例

int main(void)
{    
	    //初始化
 		UserBootloaderInit();	
		//读flash OTA标志 
		branch = UserCheckFlashFlag();       	
		if( branch == 1 ) 
        {
			//跳转到APP1
			UserGoToApp1();	
		}
        else if( branch == 2 )
		{
			//跳转到APP2
			UserGoToApp2();	
		}
			
		//检查蓝牙状态
		CheckBtConnect();		 	
		while (1)
		{
			//定时器//处理状态变换
			UserTimer();
	    	//OTA数据下载和更新处理
		    UserDfuCodeHandle();
			    
		}
}

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2、OTA全流程描述

  这里的流程是通过APP启动，重启后进入BootLoader流程的 升级流程是流程如下：

	->接收OTA命令 （APP）
	->写OTA标志（APP）
	->复位系统进入BOOTLOADER 
	->读OTA标志启动OTA模式
	->删除OTA标志
	->等待接收文件
	->接收文件,超时和结束符判断接文件结束
	->效验文件、判断APP存储位置
	->将位置参数和APP写入flash
	->写入flash完成后再效验完整性
	->最后后通知用户，复位重启后可以进入新系统

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3、构建APP工程

  APP工程是用户使用的主功能程序，一般方法都是可以通过在运行中的APP中启动OTA行为。APP工程可以通过AT指令、电平、按键、网络数据控制等方法启动OTA 功能也可以通过跳转实现多个自定义系统的切换，需要注意的是代码存储空间是否够用。

//跳转到APP2首地址
void UserGoToApp2(void)
{ 
		//判断是否为0X08XXXXXX.
		if(((*(vu32*)(FLASH_APP2_ADDR+4))&0xFF000000)==0x08000000)
		{						
				iap_load_app(FLASH_APP2_ADDR);//执行跳转 
		}
		else 
		{
				printf("App address error! \n");				
		}		
}
 
//跳转到应用程序段
//appxaddr:用户代码起始地址.
void iap_load_app(u32 appxaddr)
{			
  		printf("-->Jump addr：0x%x first value：0x%x \n\n\n\n" ,appxaddr,(*(vu32*)appxaddr));	
			//关闭端口
			CloseSystemPort();	
			//检查栈顶地址是否合法
			if(((*(vu32*)appxaddr)&0x2FFE0000)==0x20000000)	
			{ 	
				//用户代码区第二个字为程序开始地址		
				jump2app=(iapfun)*(vu32*)(appxaddr+4);
				//初始化APP堆栈指针(用户代码区的第一个字用于存放栈顶地址)		
				MSR_MSP(*(vu32*)appxaddr);		
				//跳转到APP.			
				jump2app();									
			}			 
}		 

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4、中断向量偏移的相关配置

  在APP的存储控制中，应用程序的中断向量配置必须正确，否者程序一遇到任何中断都会跑飞，甚至会然你觉得根本没有进入程序。

   首先，STM32的中断向量偏移在设备外设访问层系统源文件system_stm32f4xx.c中修改，如下面实例，通过宏开关去控制不同的偏移，来决定存放中断向量表的首地址位置。

#ifdef __BURN_APP1__
#define VECT_TAB_OFFSET  0x20000 /*!< Vector Table base offset field. 
                                This value must be a multiple of 0x200. */
#else //APP2
#define VECT_TAB_OFFSET  0x60000 /*!< Vector Table base offset field. 
                                This value must be a multiple of 0x200. */
#endif

   其次，在Keil中的选项中要对应配置程序的起点位置，这一点千万不要忘记，这个也会影响生成的执行文件，如下图。

最后，如果下载使用的不是HEX，是生成的BIN文件，那么进行烧录的话也要对应设置下载工具的起始地址。