STM32F4_串口 IAP

目录

前言

1. IAP简介

2. APP程序起始地址设置方法

3. 中断向量表的偏移量设置

4. 如何在MDK中生成 .BIN 文件

5. APP程序生成步骤

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前言

        IAP，即在应用编程。

1. IAP简介

        IAP（In Application Programming）即 在应用编程，IAP 是用户自己的程序在运行过程中对 User Flash 的部分区域进行烧写，目的是为了在产品发布后可以方便地通过预留的通信口对产品中的固件程序进行更新升级。通常实现 IAP 功能时，即用户程序运行中做自身的更新操作，需要在设计固件程序时编写两个项目代码，第一个项目程序不执行正常的功能操作，而只是通过某种通信方式（如USB、USART）接收程序或数据，执行对第二部分代码的更新；第二个项目代码才是真正的功能代码。这两部分项目代码都同时烧录在 User Flash 中，当芯片上电后，首先是第一个项目代码开始运行，它作如下操作：

        1. 检查是否需要对第二部分代码进行更新

        2. 如果不需要更新则转到 4.

        3. 执行更新操作

        4. 跳转到第二部分代码执行

        第一部分代码必须通过其他手段，如JTAG或ISP烧入；第二部分代码可以使用第一部分代码IAP功能烧入，也可以和第一部分代码一起烧入，以后需要程序更新时再通过第一部分IAP代码更新。

我们常见的 MCU/CPU 代码烧录方式主要有以下三种：

一、ICP（In Circuit Programing）

        ICP 指的是在电路编程，可通过 CPU的Debug Access Port 烧录代码，比如 ARM Cortex的 Debug Interface主要是SWD（Serial Wire Debug）或JTAG（Joint Test Action Group）；

二、ISP（In System Programing）

        ISP 指的是在系统编程，可以借助MCU厂商预置的 BootLoader 实现通过板载UART或USB接口烧录代码，比如STM32存储映射Code分区中的System Memory可以预置厂商的BootLoader，让MCU支持通过UART下载（不限于UART，具体由厂商预置BootLoader实现而定）

        简单来说就是，我们已经学习过STM32的存储器了，STM32在出厂时就已经在存储区间内部预置了一段BootLoader（也就是ISP程序），这段程序是无法更改的，也就是我们的系统存储区，一般来说，厂家提供 BootLoder 一般支持UART程序，也就是说厂家出厂时就已经帮我们把UART烧录的程序写入系统存储区了，其目的就是为了帮我们用户实现可以通过串口烧录的目的，这一部分不需要我们用户手动来实现，通过系统存储区中的UART串口协议，可以让我们直接通过串口将代码烧录到 Main Flash Memory 中；

三、IAP（In Application Programing）

        IAP 指的是在应用编程，由开发板实现 BootLoader 功能，比如说STM32 存储映射Code分区中的Flash本应该是存储用户应用程序的区间（也就是开发板上电后从 Flash 区中执行用户代码），开发者是可以将自己实现的BootLoader存放到 Falsh 区间（开发板一旦上电是优先执行这个区域的程序的），执行这个BootLoader代码程序可以为用户应用程序的下载、校验、增量/补丁更新、升级、恢复等提供支持，如果用户代码提供了网络访问功能，IAP 还能通过无线网络下载更新代码，实现 OTA 空中升级功能。

四、IAP 和 ISP 的区别

1.         ISP程序一般是芯片厂家提供的，IAP一般是用户自己编写的
2.         ISP一般支持的烧录方式有限，只有串口等。IAP就比较灵活，可以灵活的使用各种通信协议烧录
3.         ISP一般需要芯片进行一些硬件上的操作才行，IAP全部工作由程序来完成
4.         ISP一般只需要按格式将升级文件通过串口发送就可以。IAP相对来说是比较麻烦的，如果是OTA的话还需要编写后台

注：系统存储器的BootLoader程序会通过串口1接收应用程序。

STM32启动模式选择：

BOOT1设置为X，BOOT0设置为0：表示主闪存存储器被选为启动区域
BOOT1设置为0，BOOT0设置为1：表示系统存储器被选为启动区域
BOOT1设置为1，BOOT0设置为1：表示内置SRAM被选为启动区域

        通过上述的介绍，我们将第一个项目代码称之为BootLoader程序，第二个项目代码称之为APP程序，它们存放在 STM32F4 FLASH 的不同地址范围，一般从最低地址区开始存放BootLoader，紧跟其后的就是APP程序（这里注意：如果FLASH 容量足够，是可以设计很多的APP程序的）。所以本节我们就是要实现两个程序：BootLoader 和 APP。

        STM32F4 的APP程序不仅可以放到FLASH里面运行，也可以放到SRAM里面运行；

STM32F4正常运行流程图：

        STM32F4 的内部闪存（FLASH）地址起始于0x08000000，一般情况下，程序文件从此地址开始写入。STM32F4 是基于Cortex - M4 内核的微控制器，其内部通过一张“中断向量表”来响应中断，程序启动后，将首先从 “中断向量表” 取出复位中断向量执行复位中断程序完成启动，根据上图可知，中断向量表的起始地址是0x08000004，当中断来临，STM32的内部硬件机制会自动将PC指针定位到 “中断向量表” 处，并且根据中断源取出对应的中断向量执行中断服务函数。

        在上图中，STM32F4 在复位后，先从0x08000004地址取出复位中断向量的地址，并跳转到复位中断服务函数，如图标记①所示；

        在复位中断服务程序执行完以后，会跳转到我们 main 函数，如图标号②所示；

        我们写main函数时一般都是在while循环中执行主要的程序，所以一般都是一个死循环，在main函数执行过程中，如果收到中断请求（我们已经学习过中断，中断优先级是非常高的，一旦有中断来临，将优先执行中断服务函数），此时STM32 强制将 PC 指针指回中断向量表处，如图标号③所示；

        然后根据中断源进入相应的中断服务函数，如图标号④所示；

        在执行完中断服务函数以后，程序再次返回 main 函数执行，如图标号⑤所示；

加入IAP程序之后，STM32程序运行流程图：

        如上图，STM32F4复位后，还是从0x08000004地址取出复位中断向量的地址，并跳转到复位中断服务程序，在运行完复位中断服务程序之后跳转到 IAP 的 main 函数，如图标号①所示；

        在执行完 IAP 以后（也就是将新的 APP  代码写入STM32F4 的 FALSH，也就是上图中灰底的部分，新程序的复位中断向量起始地址为0x08000004+N+M），跳转至新写入程序的复位向量表，取出新程序的复位中断向量的地址，并跳转执行新程序的复位中断服务程序，随后跳转至新程序的 main 函数，如图标号 ②和③ 所示；

        main函数为一个死循环，并且STM32F4 在不同位置上，共有两个中断向量表。

        在 main 函数执行过程中，如果 CPU 得到一个中断请求，PC 指针仍强制跳转到地址0x08000004中断向量表处，而不是新程序的中断向量表，如图标号④所示；程序再根据我们设置的中断向量表偏移量，跳转到对应中断源新的中断服务程序中，如图标号⑤所示；再执行完中断服务程序后，程序返回 main 函数继续运行，如图标号⑥所示。

通过对以上两个过程的学习，我们知道IAP 程序必须满足两个要求：

1.         新程序必须在IAP程序之后的某个偏移量为x 的地址开始；
2.         必须将新程序的中断向量表相应的移动，移动的偏移量为x；

2. APP程序起始地址设置方法

        如上图所示，根据之前的学习，我们知道IROM是FLASH存储区域，IRAM是SRAM存储区域；

        默认条件下，图中IROM1的起始地址（Start）一般为0x08000000，大小Size为0x100000，意思就是从0x08000000开始的1024K空间为我们的FLASH存储空间，1024K也就是STM32F4的FLASH存储区域的大小；

        在上图中，我们设置的起始地址Start是0x08010000，也就是偏移量为0x10000（64K字节），所以留给APP用的FLASH空间就只有0x100000-0x10000=0xF0000（960K 字节）大小了（在起始地址之后，我们先要存储中断向量表，所以需要先预留出一定的空间，之后紧接着就是APP的存储空间）。设置好 Start 和 Size，就完成 APP 程序的起始地址设置。

注意：这里的64K字节大小需要我们根据 BootLoader 程序大小进行选择。

SRAM APP起始地址设置：

        这里我们将IROM1 的起始地址Start设置为：0x20001000，大小为0x19000（100K字节），也就是从起始地址0x20000000偏移0x1000开始，存放APP代码。整个STM32F4的SRAM大小为128K字节，所以IRAM1（SRAM）的起始地址变为0x2001A000，大小只有0x6000（24K 字节）。

        这样一来，整个STM32F4的SRAM分配情况为：最开始的4K给BootLoader程序使用，随后的100K存放APP程序，最后24K，用作 APP 程序的内存。

3. 中断向量表的偏移量设置

        在系统启动的时候，会首先调用 SystemInit 函数初始化时钟系统，同时SystemInit 还完成了中断向量表的设置；

#ifdef VECT_TAB_SRAM
    SCB->VTOR=SRAM_BASE|VECT_TAB_OFFSET;
                        //内部 SRAM 中的矢量表重定位
#else
    SCB->VTOR=FLASH_BASE|VECT_TAB_OFFSET;
                        //内部 SRAM 中的矢量表重定位
#endif

        VTOR 寄存器存放的是中断向量表的起始地址。默认情况下VECT_TAB_SRAM是没有定义的，所以执行 SCB->VTOR = FLASH_BASE | VECT_TAB_OFFSET；

        对于FLASH APP，我们设置为FLASH_BASE+偏移量 0x10000，我们可以在SystemInit 函数中修改SCB->VTOR寄存器的值。也可以在main函数最开头添加代码实现起始位置的重设；

SCB->VTOR = FLASH_BASE | 0x10000; 

        对于SRAM APP，同样的方法，我们也可以在SRAM APP的 main 函数开始处设置；

SCB->VTOR = SRAM_BASE | 0x1000;

4. 如何在MDK中生成 .BIN 文件

        通过以上两个步骤的设置，我们就可以生成APP程序了；不过MDK默认生成的文件是 .hex 文件，并不方便我们用作IAP更新，我们更希望生成的文件是 .bin文件，这样方便我们进行 IAP升级，我们需要通过MDK自带的格式转换工具fromeIf.exe，来实现.axf文件到.bin文件的转换。

fromeIf.exe 转换工具的语法格式如下：

        fromeIf[options] input file

fromeIf工具的选项如下：

5. APP程序生成步骤

1. 设置APP程序的起始地址和存储空间大小

        对于在FLASH里面运行的APP程序，我们只需要设置APP程序的起始地址和存储空间大小即可。但是对于在SRAM里面运行的APP程序，我们还需要设置SRAM的起始地址和大小。无论哪种APP程序，都需要确保APP程序的大小和所占SRAM大小不超过我们设置的范围。

2. 设置中断向量表偏移量

        该步骤只需要设置SCB->VTOR寄存器的值即可。

3. 设置编译后运行 fromeIf.exe，生成 .bin 文件

        通过MDK中的User选项卡，设置编译后调用fromeIf.exe，根据 .axf 文件生成 .bin 文件，用于 IAP 更新。