STM32F407 OTA远程升级(上篇)
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DFU ： Device Firmware Upgrade，一般是指通过USB/UART接口进行固件升级。
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OTA ： Over the air，一般是指通过无线进行空中固件升级。
目标是使用OTA完成升级，下文主要介绍STM32 IAP的相关知识
升级方式
- 备份升级：将原有程序备份，更新运行区程序
- 切换升级：切换运行中断向量表，分别在两个区域运行新程序
这里使用前者（优点是好理解，缺点是对FLASH擦除次数多）
存储区域划分
STM32将整个FLASH分为4部分，分别存放不同程序
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bootloader 引导程序
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APP1 应用主程序
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APP2 升级程序存放暂存 或者是备份区
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信息区
信息区
先在flash的信息区设定一块小区域用于存放更新标志及更新网址，这里暂定为updateState和updateUrl
其中updateState有以下几种状态：
- shouldUpdate
- updateOk
- programError
bootloader
系统上电后，首先运行的是bootloader，检查FLASH中是否待升级标志updateState是否为shouldUpdate，如果有，执行以下操作
- 擦除APP2,备份APP1到APP2位置
- 从串口、网口等位置下载程序，目标是http下载
- 对下载的程序校验，如果正确的话写入FLASH，todo失败处理
updateState设为programError- 运行新程序（需要处理中断向量表）
前几步都好理解，只有最后一步运行新程序比较复杂，要搞懂bootloader如何跳转到APP，必须先理解中断向量表的概念。
中断向量表用于存放中断服务函数的入口地址，当中断发生时，程序从该地址找到各个中断函数的入口，从而进入执行。
中断向量表存放在STM32程序起始地址的后四字节处。STM32起始地址为0x0800 0000存放堆栈栈顶地址，中断向量表存放地址为0x0800 0004
STM32 地址分布：
中断向量表分布：
上电后运行流程示意图：
图片来源：https://blog.csdn.net/u013184273/article/details/85305078?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-baidujs_baidulandingword-0&spm=1001.2101.3001.4242
如果BOOT引脚配置为从FLASH启动时，，系统上电后，从0x8000 0004取出复位中断函数入口地址（中断向量表中第一个地址是复位中断向量），然后跳转复位中断服务函数执行，执行结束后在进入main函数，死循环在用户编写的大while1中。
在main函数运行时，有中断发生，STM32强制将PC 强制指向中断向量表，找到对应中断服务器函数，跳转执行，执行完毕后再返回到main函数中。
当使用flash中存放bootloader和app1时，需要设置两套堆栈和中断向量表，当从bootloader跳转到app中，app的main函数运行过程中发生中断，PC仍然会被强制指向中断向量表（bootloader的中端向量表），由于现在已经处于用户app，所以应该跳转到用户程序的中断向量表，因此运行到app中的第一步就是修改中断向量表的地址！或者准确来说是设置中断向量表偏移。
图片来源：https://blog.csdn.net/u013184273/article/details/85305078?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-baidujs_baidulandingword-0&spm=1001.2101.3001.4242
如上图，bootloader切换到app外，还需要修改栈顶地址。
用程序实现为
/* 采用汇编设置栈的值 */
__asm void SET_MSP (uint32_t ulAddr)
{
MSR MSP, r0 //设置Main Stack的值
BX r14 //子程序返回
}
/* 程序跳转函数 */
typedef void (*Jump_Fun)(void); //函数类型
void IAP_jumpApp (uint32_t App_Addr)
{
Jump_Fun JumpToApp; //函数指针
if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 ) //检查栈顶地址是否合法.
{
JumpToApp = (Jump_Fun) * ( __IO uint32_t *)(App_Addr + 4); //用户代码区第二个字为上文提到的中断向量表起始地址，起始地址中第一个为复位中断函数入口
SET_MSP( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ); //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)
JumpToApp(); //执行app函数的复位中断函数，执行后跳转到APP的main函数，完成跳转
}
}
SET_MSP函数解析：
**MSR MSP, r0 **
设置栈顶函数通过汇编实现，包裹在一个函数中。R0-R12 是STM32中 32 位通用寄存器，跳转到子函数执行时，R0存放函数入参，也就是ulAddr。MSR是通用寄存器到状态寄存器的传送汇编指令，所以MSR MSP, r0的作用就是把ulAddr放入到MSP，设置栈顶指针为ulAddr。
BX R14
STM32中， r14 是LR 即连接寄存器(Link Register, LR) ，在ARM体系结构中LR的特殊用途有两种：一是用来保存子程序返回地址；二是当异常发生时，LR中保存的值等于异常发生时PC的值减4（或者减2）， 当通过BL或BLX指令调用子程序时，硬件自动将子程序返回地址保存在R14寄存器中。在子程序返回时，把LR的值复制到程序计数器PC即可实现子程序返回。 如，可以使用MOV PC, LR或者BX LR来完成子程序返回。另外，也可以在在子程序入口处使用下面的指令将LR保存到栈中
bx r14等同于bx lr 等同于mov pc,lr，也就是将PC修改为lr的值，作用为程序从lr存放的地址执行，而lr存放的是子程序返回地址，也就是执行子程序返回。
IAP_jumpApp函数解析：
参见注释，主要就是执行用户app程序中距离栈顶4字节的复位中断函数，从而跳转到真正的用户main函数执行。
注意: 在执行IAP_jumpApp函数前，需要把bootloader中所有开启定时器或者串口中断关掉，否则即使跳转到用户app，外设中定时器仍然会运行，计时到达后会跳转到中断服务函数执行，而此时bootloader中断服务函数的各个变量因为堆栈的改变已经生效，就会造成硬件异常。
app1
app是主程序，启动后第一步就是设置中断向量表偏移。
int main(void)
{
/* USER CODE BEGIN 1 */
SCB->VTOR = FLASH_BASE | 0x4000;//设置中断偏移,偏移量为用户APP起始地址减去0x08000 0000，这里是16KB
/* USER CODE END 1 */
.......
}
另外需要设置编译生成的hex地址（hex中包含了写入的地址，bin不包含）
KEIL在编译程序时默认有程序生成占用的FLASH地址，一般bootloader使用低地址，也就是默认的flash分配，用户使用高地址，编译时修改所在位置。
默认bootloader设置：
0x8000 0000 是起始地址，0x80000=512KB是STM32F407ZE flash大小
app设置：
0x8004000是APP程序在FLASH的起始地址，对应SCB->VTOR 偏移量,0x4000是APP程序大小，这里为16KB
另外需要设置 下载擦除操作为只擦除部分程序。
编译后查看程序占用大小，bootlader也需要查看，不能超过设定区域。
编译完成后，打开生成的hex文件
上图是hex文件内容，前一部分和最后一个字节（有颜色字体）为地址信息，白色字体为有效数据，bin文件与hex的区别就在于bin没有这些信息。
注意红色部分，为上文提到的放在FLASH程序中的第0个和第1个字。 前4个字节是栈顶地址，后4个是中断向量表的起始地址（起始地址为复位中断服务函数入口地址）
由于stm32是小端模式，低字节在低位，高字节在高位，所以栈顶地址为：0x2000 0A58 也就是程序中一共用了0x2000 0A58-0x2000 0A58(RAM起始地址) = 2648个byte。
中断向量表起始地址为：0x0800 41D9
在APP程序中运行一段时间后将updateState置为UpdateOk，（证明程序可以正常运行）
app2
单纯 用来备份app1程序，没有实际作用
总结
bootloader 负责写固件到APP所在FLASH并跳转APP运行，难点在于跳转APP运行，跳转APP运行需要三个步骤：
- 关闭外设和中断
- 设置堆栈顶地址
- 运行复位中断服务函数
app程序在main函数开始需要设置中断向量表偏移,然后正常运行。