STM32F407串口IAP远程升级程序

相关代码和工程文件链接：https://pan.baidu.com/s/1wN4THWJwqzjjIe7e2TENBA?pwd=o86o 提取码：o86o

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1 STM32代码烧录方式

        STM32代码烧录主要有三种：ICP、ISP、IAP。
        ICP（In Circuit Programing），在电路编程，通过JTAG或者SWD接口进行程序的烧录，就是平时利用ST-Link或者J-Link烧录程序；
        ISP（In System Programing），在系统编程，借助MCU厂家预置的BootLoader，然后通过UART、232、CAN等接口进行下载，这个BootLoader程序是厂家已经设置在内部存储区间里面的，无法修改；
        IAP（ In Application Programming）是用户自己的BootLoader程序在运行过程中对Flash的部分区域进行烧写。

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2 IAP介绍

        在产品研发阶段，可以采用ICP烧录程序，能通过仿真器进行调试快速找出bug，但是需要相关硬件电路，如图1所示。在产品研发完成后，由于JTAG相关的电路会占用单板上的体积，所以一般会把这部分电路给删去，删去之后就无法使用仿真器进行程序更新和调试。
        

图1 JTAG电路

        
        烧录的程序存放在Flash中，STM32程序启动或复位时，起始地址是0x08000000，然后按既定顺序依次运行程序，如图2所示。ICP就是将程序烧录到Flash中，以STM32F407ZGT6为例，片内Flash地址映射范围是从0x08000000开始到0x08100000的1M bytes空间。如果要更改程序烧录的地址，可以在Keil->Options->Target中更改烧录位置，如图3所示。
        

图2 STM32程序运行顺序         

图3 查看片内Flash大小与地址范围         

图4 修改程序烧写地址         

3 Flash地址划分

        如果有一个引导程序，在运行的时候，能接收UART传过来的数据，然后写到Flash中指定的区域，再更改程序的启动地址，这样就可以完成在线升级，不再需要仿真器。这个引导程序就是BootLoader，通过UART烧写的程序就是用户的应用程序，这就是IAP方式烧录程序。
        把0x08000000-0x08100000分为两个部分，一部分存放BootLoader程序，另一部分存放应用程序，例如，0x08000000-0x08010000，64K bytes存放BootLoader，0x08010000-0x08100000，960K bytes存放应用程序。具体如何划分空间，可以先编译一下BootLoader程序，查看生成的 .map 文件就能知道这部分程序占用多少空间，然后再进行分配，如果超过了划分的空间，则会报错。如图5所示，这个程序就占用了0x1924，6436 bytes空间，设置BootLoader程序在Flash中范围的时候就必须比6436大。

图5 BootLoader程序大小         

        根据以上讲解，我们可以大体知道IAP在线升级的大致流程，在STM32的Flash中，存储空间被划分为了两部分，一部分存放BootLoader引导程序，一部分存放应用程序，这也意味这会有两个main函数。STM32启动时，从0x08000000开始运行BootLoader程序，进入BootLoader的main函数，如果此时接收到串口传来的应用程序的二进制文件，就会向Flash中存放应用程序的空间写入数据，等数据接收并写入完成后，让MSP指针指向应用程序开始运行的地址，这样程序就从设定的应用程序的起始地址开始运行，例如上面假设的起始地址为0x08010000，MSP指针指向这个地址后就开始运行应用程序。

4 中断向量表设置

        发生复位或者产生中断时，MSP会重新指向0x08000000，会根据中断向量表找到相应的中断服务程序入口。中断向量表的设置是在程序最开始的阶段初始化，在运行BootLoader程序时会初始化一次，在运行应用程序时，又会初始化一次；存放BootLoader程序的起始地址是0x08000000，这和Flash起始地址相同，所以中断向量表的偏移地址为0，但是应用程序的起始地址为0x08010000，如果不改变中断向量表的偏移地址，取出的中断服务程序入口地址就是BootLoader中的入口地址，造成程序无法正常运行，所以就需要重新设置中断向量表的偏移地址为0x10000（必须为0x200的整数倍，STM32F407一共有92个中断，占用的地址需要进行对齐补充到128个，每个中断占用4个字节，所以就是512，即0x200，例如，最后一个中断FPU的偏移地址为0x184，就需要对齐到0x200，具体可以查看中断向量表,，如图6所示）。

#define VECT_TAB_OFFSET  0x00 /*!< Vector Table base offset field. 
                                   This value must be a multiple of 0x200. */
                                   

        

图6 STM32F407中断向量表         

        在system_stm32f4xx.c文件中， VECT_TAB_OFFSET就是设置中断向量表偏移地址的一个宏定义，然后在初始化中断向量表的时候写入寄存器SCB->VTOR中。设置偏移地址时，就可以直接改变宏定义的值；也可以不改变系统文件，直接在用户程序的某个地方直接改变寄存器的值。

  /* 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

SCB->VTOR = FLASH_BASE | 0x10000;//修改中断向量表偏移地址

5 关键代码

        代码参考了正点原子IAP实验，这里只放出部分代码，详细请查看项目文件。
        先定义用于接收串口数据的数组USART_RX_BUF，然后指定起始地址为0x20001000（将这个数组存放在片内RAM区域）

#define USART_REC_LEN  			120*1024 //数组大小120K

u8 USART_RX_BUF[USART_REC_LEN] __attribute__ ((at(0X20001000)));//指定起始地址为0X20001000.    

        这个if语句主要是用于简单地判断地址是否合法，用户应用程序会存放在0x08010000-0x08100000这个范围内，FLASH_APP1_ADDR为0x08010000，是用户程序的起始地址，0x08010004是复位中断向量，存放着复位中断服务函数的入口地址，USART_RX_BUF则是用来缓冲应用程序的二进制数据，0X20001000+4这个地址就是存放的用户程序的复位中断服务函数的入口地址，进行一个按位与运算，判断是否为0x08xxxxxx。如果是0x08xxxxxx，则会向Flash写入数据，applenth是用户数据长度，用于计算程序会占用多少内存空间，依次向Flash写入。

if(((*(vu32*)(0X20001000+4))&0xFF000000)==0x08000000)//判断是否为0X08XXXXXX.
{	 
	printf("%x \r\n",(*(vu32*)(0X20001000+4)));	//打印这个地址的值
	iap_write_appbin(FLASH_APP1_ADDR,USART_RX_BUF,applenth);//更新Flash代码
	printf("用户程序更新完成\r\n");				
}

//appxaddr:用户程序起始地址
//appbuf:应用程序
//appsize:应用程序大小（字节）
void iap_write_appbin(u32 appxaddr,u8 *appbuf,u32 appsize)
{
	u32 t;
	u16 i=0;
	u32 temp;
	u32 fwaddr=appxaddr;//当前写入地址
	u8 *dfu=appbuf;
	for(t=0;t<appsize;t+=4)
	{						   
		temp=(u32)dfu[3]<<24;   
		temp|=(u32)dfu[2]<<16;    
		temp|=(u32)dfu[1]<<8;
		temp|=(u32)dfu[0];	  
		dfu+=4;//偏移四个地址
		iapbuf[i++]=temp;	    
		if(i==512)
		{
			i=0; 
			STMFLASH_Write(fwaddr,iapbuf,512);
			fwaddr+=2048;//偏移2048，512*4
		}
	} 
	if(i)STMFLASH_Write(fwaddr,iapbuf,i);//将最后的一些内容字节写进去
}

        同理，这个if语句也是用于简单地判断地址是否合法，FLASH_APP1_ADDR为0x08010000，是用户程序的起始地址，0x08010004是复位中断向量，存放着复位中断服务函数的入口地址，进行一个按位与运算，判断是否为0x08xxxxxx。如果是0x08xxxxxx，则启动用户应用程序。

if(((*(vu32*)(FLASH_APP1_ADDR+4))&0xFF000000)==0x08000000)//判断是否为0X08XXXXXX.
{	 
	printf("开始执行用户程序\r\n");
	iap_load_app(FLASH_APP1_ADDR);//执行FLash中用户程序
}

//跳转到用户程序段
//appxaddr:用户程序起始地址
void iap_load_app(u32 appxaddr)
{
	if(((*(vu32*)appxaddr)&0x2FFE0000)==0x20000000)	//检查栈顶地址是否合法
	{ 
		jump2app=(iapfun)*(vu32*)(appxaddr+4);		//用户代码区第二个字为程序开始地址
		MSR_MSP(*(vu32*)appxaddr);					//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）
		jump2app();									//跳转到app
	}
}		 

6 实验

        先向这款STM32F407板子中烧写BootLoader部分程序，然后用micro-usb数据线将板子的串口和电脑连接，打开串口调试助手，可以查看板子打印的信息，如图7所示。
        

图6 STM32F407单板

        
        程序运行后10s内发送“yes”进入BootLoader程序，否则直接开始运行用户应用程序。
        

图7 BootLoader程序启动打印信息

        
        先发送yes，然后会提示发送应用程序文件，这个时候选择应用程序工程生成的bin文件，用串口助手发送。发送完成后，会显示接收完成，然后开始运行程序。这里写了一个简单的定时器定时LED灯闪烁的程序。
        

图8 BootLoader程序启动打印信息

        
        会看见板子上的LED0以100ms的间隔闪烁。
        

图9 LED0闪烁         

        下面是用户程序代码，LED灯闪烁，可以看见设置了偏移地址0x10000，如果不设置这个偏移地址，就无法进入定时器3中断服务函数，LED就不会闪烁。

int main(void)
{ 
 
	delay_init(168);		  //
	LED_Init();		        //
	
	SCB->VTOR = FLASH_BASE | 0x10000;
 	TIM3_Int_Init(1000-1,8400-1);	//100ms   
	
	while(1)
	{
		
	}
}

//定时器3中断服务函数
void TIM3_IRQHandler(void)
{
	if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update)==SET) 
	{
		LED0=!LED0;//翻转
	}
	TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_Update);  
}

7 生成bin文件

        生成bin文件如图所示，会使用到一个命令

E:\KEIL5\ARM\ARMCC\bin\fromelf.exe --bin -o  ..\OBJ\LED.bin ..\OBJ\LED.axf

        E:\KEIL5\ARM\ARMCC\bin\fromelf.exe改成自己keil目录下的fromelf.exe。
        …\OBJ\LED.bin是将要生成的bin文件的位置。
        …\OBJ\LED.axf是axf文件的位置。