扩展-IAP主要用于产品出厂后应用程序的更新作用,考虑到出厂时要先烧写IAP 再烧写APP应用程序要烧写2次增加工人劳动力基础上写了“STM32 IAP+APP ==>双剑合一”链接稍后发)
一、在进入主题之前我们先了解一些必要的基础知识----stm32系列芯片的种类和型号:
二、在拿到ST公司官方的IAP 程序后 我们要思考几点:
1.ST 官方IAP是什么针对什么芯片型号的,我们要用的又是什么芯片型号;
2.我们要用官方IAP适合我们芯片的程序升级使用,要在原有的基础上做那些改变;
(我的资源里有官方IAP源码:http://download.csdn.net/detail/yx_l128125/6445811)
初略看了一下IAP源码后,现在我们可以回答一下上面的2个问题了:
1.官网刚下载的IAP针对的是stm32f103c8芯片的,所以他的启动代码文件选择的是 startup_stm32f10x_md.s,而我的芯片是stm32f100cb,所以我的启动代码文件选择的是 startup_stm32f10x_md_lv.s
2 .第二个问题就是今天我们要做详细分析才能回答的问题了;
(1).知道了IAP官方源码的芯片和我们要用芯片的差异,首先我们要在源码的基础上做芯片级的改动;
A.首先改变编译器keil的芯片型号上我们要改成我们的芯片类型---STM32F100CB;
B.在keil的options for targer 选项C/C++/PREPROMCESSOR symbols的Define栏里定义,把有关STM32F10X_MD的宏定义改成:STM32F10X_MD_VL
上面代码说的是如果没有定义 STM32F10X_MD_VL, 则宏定义 STM32F10X_MD_VL
C.外部时钟问价在stm32f10x.h 依据实际修改,原文是 说如果没有宏定义外部时钟HES_VALUE的值,但是宏定义了stm32f10x_cl 则外部时钟设置为25MHZ, 否则外部时钟都设置为8MHZ; 我用的外部晶振是8MHZ的所以不必修改这部分代码;
D.做系统主频时钟的更改
从上图我们看出几个关键部分:
1.内部flash 是从0x0800 0000开始 到0x0801 FFFF 结束, 0x0801FFFF-0x0800 0000= 0x20000 =128k 128也就是flash的大小;
2.SRAM的开始地址是 0x2000 0000 ;
我们要把我们的在线升级程序IAP放到FLASH里以0x0800 0000 开始的位置, 应用程序放APP放到以0x08003000开始的位置,中断向量表也放在0x0800 3000开始的位置;如图
所以我们需要先查看一下misc.h文件中的中断向量表的初始位置宏定义为 NVIC_VectTab_Flash 0x0800 0000
那么要就要设置编译器keil 中的 options for target 的target选项中的 IROM1地址 为0x0800 0000 大小为 0x20000即128K;
IRAM1地址为0x2000 0000 大小为0x2000;
(提示:这一项IROM1 地址 即为当前程序下载到flash的地址的起始位置)
下面我们来分析一下修改后的IAP代码:
这里重点说一下几句经典且非常重要的代码:
第一句: if (((*(__IO uint32_t*)ApplicationAddress) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000) //判断栈定地址值是否在0x2000 0000 - 0x 2000 2000之间
怎么理解呢? (1),在程序里#define ApplicationAddress 0x8003000 ,*(__IO uint32_t*)ApplicationAddress) 即取0x8003000开始到0x8003003 的4个字节的值, 因为我们的应用程序APP中设置把 中断向量表 放置在0x08003000 开始的位置;而中断向量表里第一个放的就是栈顶地址的值
也就是说,这句话即通过判断栈顶地址值是否正确(是否在0x2000 0000 - 0x 2000 2000之间) 来判断是否应用程序已经下载了,因为应用程序的启动文件刚开始就去初始化化栈空间,如果栈顶值对了,说应用程已经下载了启动文件的初始化也执行了;
第二句: JumpAddress = *(__IO uint32_t*) (ApplicationAddress + 4); [ common.c文件第18行定义了: pFunction Jump_To_Application;]
ApplicationAddress + 4 即为0x0800 3004 ,里面放的是中断向量表的第二项“复位地址” JumpAddress = *(__IO uint32_t*) (ApplicationAddress + 4); 之后此时JumpAddress
第三句: Jump_To_Application = (pFunction) JumpAddress;
startup_stm32f10x_md_lv. 文件中别名 typedef void (*pFunction)(void); 这个看上去有点奇怪;正常第一个整型变量 typedef int a; 就是给整型定义一个别名 a
void (*pFunction)(void); 是声明一个函数指针,加上一个typedef 之后 pFunction只不过是类型 void (*)(void) 的一个别名;例如:
所以,Jump_To_Application = (pFunction) JumpAddress; 此时Jump_To_Application指向了复位函数所在的地址;
第四 、五句: __set_MSP(*(__IO uint32_t*) ApplicationAddress); \\设置主函数栈指针
Jump_To_Application(); \\执行复位函数
我们看一下启动文件startup_stm32f10x_md_vl。s 中的启动代码,更容易理解
移植后的IAP代码在我的资源(如果是stm32f100cb的芯片可以直接用):http://download.csdn.net/detail/yx_l128125/6475219
三、我们来简单看下启动文件中的启动代码,分析一下这更有利于我们对IAP的理解: (下面这篇文章写的非常好,有木有!)
下文来自于:http://blog.sina.com.cn/s/blog_69bcf45201019djx.html
解析 STM32 的启动过程
解析STM32的启动过程
当前的嵌入式应用程序开发过程里,并且C语言成为了绝大部分场合的最佳选择。如此一来main函数似乎成为了理所当然的起点——因为C程序往往从main函数开始执行。但一个经常会被忽略的问题是:微控制器(单片机)上电后,是如何寻找到并执行main函数的呢?很显然微控制器无法从硬件上定位main函数的入口地址,因为使用C语言作为开发语言后,变量/函数的地址便由编译器在编译时自行分配,这样一来main函数的入口地址在微控制器的内部存储空间中不再是绝对不变的。相信读者都可以回答这个问题,答案也许大同小异,但肯定都有个关键词,叫“启动文件”,用英文单词来描述是“Bootloader”。
无论性能高下,结构简繁,价格贵贱,每一种微控制器(处理器)都必须有启动文件,启动文件的作用便是负责执行微控制器从“复位”到“开始执行main函数”中间这段时间(称为启动过程)所必须进行的工作。最为常见的51,AVR或MSP430等微控制器当然也有对应启动文件,但开发环境往往自动完整地提供了这个启动文件,不需要开发人员再行干预启动过程,只需要从main函数开始进行应用程序的设计即可。
话题转到STM32微控制器,无论是keil
uvision4还是IAR EWARM开发环境,ST公司都提供了现成的直接可用的启动文件,程序开发人员可以直接引用启动文件后直接进行C应用程序的开发。这样能大大减小开发人员从其它微控制器平台跳转至STM32平台,也降低了适应STM32微控制器的难度(对于上一代ARM的当家花旦ARM9,启动文件往往是第一道难啃却又无法逾越的坎)。
相对于ARM上一代的主流ARM7/ARM9内核架构,新一代Cortex内核架构的启动方式有了比较大的变化。ARM7/ARM9内核的控制器在复位后,CPU会从存储空间的绝对地址0x000000取出第一条指令执行复位中断服务程序的方式启动,即固定了复位后的起始地址为0x000000(PC = 0x000000)同时中断向量表的位置并不是固定的。而Cortex-M3内核则正好相反,有3种情况:
1、 通过boot引脚设置可以将中断向量表定位于SRAM区,即起始地址为0x2000000,同时复位后PC指针位于0x2000000处;
2、 通过boot引脚设置可以将中断向量表定位于FLASH区,即起始地址为0x8000000,同时复位后PC指针位于0x8000000处;
3、 通过boot引脚设置可以将中断向量表定位于内置Bootloader区,本文不对这种情况做论述;
而Cortex-M3内核规定,起始地址必须存放堆顶指针,而第二个地址则必须存放复位中断入口向量地址,这样在Cortex-M3内核复位后,会自动从起始地址的下一个32位空间取出复位中断入口向量,跳转执行复位中断服务程序。对比ARM7/ARM9内核,Cortex-M3内核则是固定了中断向量表的位置而起始地址是可变化的。
有了上述准备只是后,下面以STM32的2.02固件库提供的启动文件“stm32f10x_vector.s”为模板,对STM32的启动过程做一个简要而全面的解析。
程序清单一:
;文件“stm32f10x_vector.s”,其中注释为行号
DATA_IN_ExtSRAM EQU 0 ;1
Stack_Size EQU 0x00000400 ;2
AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN = 3 ;3
Stack_Mem SPACE Stack_Size ;4
__initial_sp ;5
Heap_Size EQU 0x00000400 ;6
AREA HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN = 3 ;7
__heap_base ;8
Heap_Mem SPACE Heap_Size ;9
__heap_limit ;10
THUMB ;11
PRESERVE8 ;12
IMPORT NMIException ;13
IMPORT HardFaultException ;14
IMPORT MemManageException ;15
IMPORT BusFaultException ;16
IMPORT UsageFaultException ;17
IMPORT SVCHandler ;18
IMPORT DebugMonitor ;19
IMPORT PendSVC ;20
IMPORT SysTickHandler ;21
IMPORT WWDG_IRQHandler ;22
IMPORT PVD_IRQHandler ;23
IMPORT TAMPER_IRQHandler ;24
IMPORT RTC_IRQHandler ;25
IMPORT FLASH_IRQHandler ;26
IMPORT RCC_IRQHandler ;27
IMPORT EXTI0_IRQHandler ;28
IMPORT EXTI1_IRQHandler ;29
IMPORT EXTI2_IRQHandler ;30
IMPORT EXTI3_IRQHandler ;31
IMPORT EXTI4_IRQHandler ;32
IMPORT DMA1_Channel1_IRQHandler ;33
IMPORT DMA1_Channel2_IRQHandler ;34
IMPORT DMA1_Channel3_IRQHandler ;35
IMPORT DMA1_Channel4_IRQHandler ;36
IMPORT DMA1_Channel5_IRQHandler ;37
IMPORT DMA1_Channel6_IRQHandler ;38
IMPORT DMA1_Channel7_IRQHandler ;39
IMPORT ADC1_2_IRQHandler ;40
IMPORT USB_HP_CAN_TX_IRQHandler ;41
IMPORT USB_LP_CAN_RX0_IRQHandler ;42
IMPORT CAN_RX1_IRQHandler ;43
IMPORT CAN_SCE_IRQHandler ;44
IMPORT EXTI9_5_IRQHandler ;45
IMPORT TIM1_BRK_IRQHandler ;46
IMPORT TIM1_UP_IRQHandler ;47
IMPORT TIM1_TRG_COM_IRQHandler ;48
IMPORT TIM1_CC_IRQHandler ;49
IMPORT TIM2_IRQHandler ;50
IMPORT TIM3_IRQHandler ;51
IMPORT TIM4_IRQHandler ;52
IMPORT I2C1_EV_IRQHandler ;53
IMPORT I2C1_ER_IRQHandler ;54
IMPORT I2C2_EV_IRQHandler ;55
IMPORT I2C2_ER_IRQHandler ;56
IMPORT SPI1_IRQHandler ;57
IMPORT SPI2_IRQHandler ;58
IMPORT USART1_IRQHandler ;59
IMPORT USART2_IRQHandler ;60
IMPORT USART3_IRQHandler ;61
IMPORT EXTI15_10_IRQHandler ;62
IMPORT RTCAlarm_IRQHandler ;63
IMPORT USBWakeUp_IRQHandler ;64
IMPORT TIM8_BRK_IRQHandler ;65
IMPORT TIM8_UP_IRQHandler ;66
IMPORT TIM8_TRG_COM_IRQHandler ;67
IMPORT TIM8_CC_IRQHandler ;68
IMPORT ADC3_IRQHandler ;69
IMPORT FSMC_IRQHandler ;70
IMPORT SDIO_IRQHandler ;71
IMPORT TIM5_IRQHandler ;72
IMPORT SPI3_IRQHandler ;73
IMPORT UART4_IRQHandler ;74
IMPORT UART5_IRQHandler ;75
IMPORT TIM6_IRQHandler ;76
IMPORT TIM7_IRQHandler ;77
IMPORT DMA2_Channel1_IRQHandler ;78
IMPORT DMA2_Channel2_IRQHandler ;79
IMPORT DMA2_Channel3_IRQHandler ;80
IMPORT DMA2_Channel4_5_IRQHandler ;81
AREA RESET, DATA, READONLY ;82
EXPORT __Vectors ;83
__Vectors ;84
DCD __initial_sp ;85
DCD Reset_Handler ;86
DCD NMIException ;87
DCD HardFaultException ;88
DCD MemManageException ;89
DCD BusFaultException ;90
DCD UsageFaultException ;91
DCD 0 ;92
DCD 0 ;93
DCD 0 ;94
DCD 0 ;95
DCD SVCHandler ;96
DCD DebugMonitor ;97
DCD 0 ;98
DCD PendSVC ;99
DCD SysTickHandler ;100
DCD WWDG_IRQHandler ;101
DCD PVD_IRQHandler ;102
DCD TAMPER_IRQHandler ;103
DCD RTC_IRQHandler ;104
DCD FLASH_IRQHandler ;105
DCD RCC_IRQHandler ;106
DCD EXTI0_IRQHandler ;107
DCD EXTI1_IRQHandler ;108
DCD EXTI2_IRQHandler ;109
DCD EXTI3_IRQHandler ;110
DCD EXTI4_IRQHandler ;111
DCD DMA1_Channel1_IRQHandler ;112
DCD DMA1_Channel2_IRQHandler ;113
DCD DMA1_Channel3_IRQHandler ;114
DCD DMA1_Channel4_IRQHandler ;115
DCD DMA1_Channel5_IRQHandler ;116
DCD DMA1_Channel6_IRQHandler ;117
DCD DMA1_Channel7_IRQHandler ;118
DCD ADC1_2_IRQHandler ;119
DCD USB_HP_CAN_TX_IRQHandler ;120
DCD USB_LP_CAN_RX0_IRQHandler ;121
DCD CAN_RX1_IRQHandler ;122
DCD CAN_SCE_IRQHandler ;123
DCD EXTI9_5_IRQHandler ;124
DCD TIM1_BRK_IRQHandler ;125
DCD TIM1_UP_IRQHandler ;126
DCD TIM1_TRG_COM_IRQHandler ;127
DCD TIM1_CC_IRQHandler ;128
DCD TIM2_IRQHandler ;129
DCD TIM3_IRQHandler ;130
DCD TIM4_IRQHandler ;131
DCD I2C1_EV_IRQHandler ;132
DCD I2C1_ER_IRQHandler ;133
DCD I2C2_EV_IRQHandler ;134
DCD I2C2_ER_IRQHandler ;135
DCD SPI1_IRQHandler ;136
DCD SPI2_IRQHandler ;137
DCD USART1_IRQHandler ;138
DCD USART2_IRQHandler ;139
DCD USART3_IRQHandler ;140
DCD EXTI15_10_IRQHandler ;141
DCD RTCAlarm_IRQHandler ;142
DCD USBWakeUp_IRQHandler ;143
DCD TIM8_BRK_IRQHandler ;144
DCD TIM8_UP_IRQHandler ;145
DCD TIM8_TRG_COM_IRQHandler ;146
DCD TIM8_CC_IRQHandler ;147
DCD ADC3_IRQHandler ;148
DCD FSMC_IRQHandler ;149
DCD SDIO_IRQHandler ;150
DCD TIM5_IRQHandler ;151
DCD SPI3_IRQHandler ;152
DCD UART4_IRQHandler ;153
DCD UART5_IRQHandler ;154
DCD TIM6_IRQHandler ;155
DCD TIM7_IRQHandler ;156
DCD DMA2_Channel1_IRQHandler ;157
DCD DMA2_Channel2_IRQHandler ;158
DCD DMA2_Channel3_IRQHandler ;159
DCD DMA2_Channel4_5_IRQHandler ;160
AREA |.text|, CODE, READONLY ;161
Reset_Handler PROC ;162
EXPORT Reset_Handler ;163
IF DATA_IN_ExtSRAM == 1 ;164
LDR R0,= 0x00000114 ;165
LDR R1,= 0x40021014 ;166
STR R0,[R1] ;167
LDR R0,= 0x000001E0 ;168
LDR R1,= 0x40021018 ;169
STR R0,[R1] ;170
LDR R0,= 0x44BB44BB ;171
LDR R1,= 0x40011400 ;172
STR R0,[R1] ;173
LDR R0,= 0xBBBBBBBB ;174
LDR R1,= 0x40011404 ;175
STR R0,[R1] ;176
LDR R0,= 0xB44444BB ;177
LDR R1,= 0x40011800 ;178
STR R0,[R1] ;179
LDR R0,= 0xBBBBBBBB ;180
LDR R1,= 0x40011804 ;181
STR R0,[R1] ;182
LDR R0,= 0x44BBBBBB ;183
LDR R1,= 0x40011C00 ;184
STR R0,[R1] ;185
LDR R0,= 0xBBBB4444 ;186
LDR R1,= 0x40011C04 ;187
STR R0,[R1] ;188
LDR R0,= 0x44BBBBBB ;189
LDR R1,= 0x40012000 ;190
STR R0,[R1] ;191
LDR R0,= 0x44444B44 ;192
LDR R1,= 0x40012004 ;193
STR R0,[R1] ;194
LDR R0,= 0x00001011 ;195
LDR R1,= 0xA0000010 ;196
STR R0,[R1] ;197
LDR R0,= 0x00000200 ;198
LDR R1,= 0xA0000014 ;199
STR R0,[R1] ;200
ENDIF ;201
IMPORT __main ;202
LDR R0, =__main ;203
BX R0 ;204
ENDP ;205
ALIGN ;206
IF :DEF:__MICROLIB ;207
EXPORT __initial_sp ;208
EXPORT __heap_base ;209
EXPORT __heap_limit ;210
ELSE ;211
IMPORT __use_two_region_memory ;212
EXPORT __user_initial_stackheap ;213
__user_initial_stackheap ;214
LDR R0, = Heap_Mem ;215
LDR R1, = (Stack_Mem + Stack_Size) ;216
LDR R2, = (Heap_Mem + Heap_Size) ;217
LDR R3, = Stack_Mem ;218
BX LR ;219
ALIGN ;220
ENDIF ;221
END ;222
ENDIF ;223
END ;224
如程序清单一,STM32的启动代码一共224行,使用了汇编语言编写,这其中的主要原因下文将会给出交代。现在从第一行开始分析:
第1行:定义是否使用外部SRAM,为1则使用,为0则表示不使用。此语行若用C语言表达则等价于:
#define DATA_IN_ExtSRAM 0
第2行:定义栈空间大小为0x00000400个字节,即1Kbyte。此语行亦等价于:
#define Stack_Size 0x00000400
第3行:伪指令AREA,表示
第4行:开辟一段大小为Stack_Size的内存空间作为栈。
第5行:标号__initial_sp,表示栈空间顶地址。
第6行:定义堆空间大小为0x00000400个字节,也为1Kbyte。
第7行:伪指令AREA,表示
第8行:标号__heap_base,表示堆空间起始地址。
第9行:开辟一段大小为Heap_Size的内存空间作为堆。
第10行:标号__heap_limit,表示堆空间结束地址。
第11行:告诉编译器使用THUMB指令集。
第12行:告诉编译器以8字节对齐。
第13—81行:IMPORT指令,指示后续符号是在外部文件定义的(类似C语言中的全局变量声明),而下文可能会使用到这些符号。
第82行:定义只读数据段,实际上是在CODE区(假设STM32从FLASH启动,则此中断向量表起始地址即为0x8000000)
第83行:将标号__Vectors声明为全局标号,这样外部文件就可以使用这个标号。
第84行:标号__Vectors,表示中断向量表入口地址。
第85—160行:建立中断向量表。
第161行:
第162行:复位中断服务程序,PROC…ENDP结构表示程序的开始和结束。
第163行:声明复位中断向量Reset_Handler为全局属性,这样外部文件就可以调用此复位中断服务。
第164行:IF…ENDIF为预编译结构,判断是否使用外部SRAM,在第1行中已定义为“不使用”。
第165—201行:此部分代码的作用是设置FSMC总线以支持SRAM,因不使用外部SRAM因此此部分代码不会被编译。
第202行:声明__main标号。
第203—204行:跳转__main地址执行。
第207行:IF…ELSE…ENDIF结构,判断是否使用DEF:__MICROLIB(此处为不使用)。
第208—210行:若使用DEF:__MICROLIB,则将__initial_sp,__heap_base,__heap_limit亦即栈顶地址,堆始末地址赋予全局属性,使外部程序可以使用。
第212行:定义全局标号__use_two_region_memory。
第213行:声明全局标号__user_initial_stackheap,这样外程序也可调用此标号。
第214行:标号__user_initial_stackheap,表示用户堆栈初始化程序入口。
第215—218行:分别保存栈顶指针和栈大小,堆始地址和堆大小至R0,R1,R2,R3寄存器。
第224行:程序完毕。
以上便是STM32的启动代码的完整解析,接下来对几个小地方做解释:
1、 AREA指令:伪指令,用于定义代码段或数据段,后跟属性标号。其中比较重要的一个标号为“READONLY”或者“READWRITE”,其中“READONLY”表示该段为只读属性,联系到STM32的内部存储介质,可知具有只读属性的段保存于FLASH区,即0x8000000地址后。而“READONLY”表示该段为“可读写”属性,可知“可读写”段保存于SRAM区,即0x2000000地址后。由此可以从第3、7行代码知道,堆栈段位于SRAM空间。从第82行可知,中断向量表放置与FLASH区,而这也是整片启动代码中最先被放进FLASH区的数据。因此可以得到一条重要的信息:0x8000000地址存放的是栈顶地址__initial_sp,0x8000004地址存放的是复位中断向量Reset_Handler(STM32使用32位总线,因此存储空间为4字节对齐)。
2、 DCD指令:作用是开辟一段空间,其意义等价于C语言中的地址符“&”。因此从第84行开始建立的中断向量表则类似于使用C语言定义了一个指针数组,其每一个成员都是一个函数指针,分别指向各个中断服务函数。
3、 标号:前文多处使用了“标号”一词。标号主要用于表示一片内存空间的某个位置,等价于C语言中的“地址”概念。地址仅仅表示存储空间的一个位置,从C语言的角度来看,变量的地址,数组的地址或是函数的入口地址在本质上并无区别。
4、 第202行中的__main标号并不表示C程序中的main函数入口地址,因此第204行也并不是跳转至main函数开始执行C程序。__main标号表示C/C++标准实时库函数里的一个初始化子程序__main的入口地址。该程序的一个主要作用是初始化堆栈(对于程序清单一来说则是跳转__user_initial_stackheap标号进行初始化堆栈的),并初始化映像文件,最后跳转C程序中的main函数。这就解释了为何所有的C程序必须有一个main函数作为程序的起点——因为这是由C/C++标准实时库所规定的——并且不能更改,因为C/C++标准实时库并不对外界开发源代码。因此,实际上在用户可见的前提下,程序在第204行后就跳转至.c文件中的main函数,开始执行C程序了。
至此可以总结一下STM32的启动文件和启动过程。首先对栈和堆的大小进行定义,并在代码区的起始处建立中断向量表,其第一个表项是栈顶地址,第二个表项是复位中断服务入口地址。然后在复位中断服务程序中跳转¬¬C/C++标准实时库的__main函数,完成用户堆栈等的初始化后,跳转.c文件中的main函数开始执行C程序。假设STM32被设置为从内部FLASH启动(这也是最常见的一种情况),中断向量表起始地位为0x8000000,则栈顶地址存放于0x8000000处,而复位中断服务入口地址存放于0x8000004处。当STM32遇到复位信号后,则从0x80000004处取出复位中断服务入口地址,继而执行复位中断服务程序,然后跳转__main函数,最后进入mian函数,来到C的世界。