本帖最后由 xiong57785 于 2023-4-2 14:25 编辑
@安小芯 @21IC 感谢国民技术举办的项目，感谢21ic提供的平台，让我学到不少知识，很抱歉，最后一天才提交，抱歉抱歉！话不多说，开始正题。
基于国民技术N32G45x的SD卡IAP升级开发活动
1. 活动规则功能： 1. 插入储存固件的SD卡 2. 自动/手动完成固件升级，通过LED灯或者打印反馈升级结果 要求：基于N32G45x系列芯片完成上述功能，提交内容需要包含详细的文字或者图片描述，如原理讲解、测试环境、操作流程、代码配置、代码演示、应用场景等，必要时需要视频演示成果。 2 IAP升级的原理
a. 不包含boot的启动流程 N32G45x 的内部闪存（FLASH）地址起始于 0x08000000，一般情况下，程序文件就从此地址开始写入。此外 N32G45x 是基于 Cortex-M4F 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，而这张“中断向量表”的起始地址是 0x08000004，当中断来临，N32G45x 的内部硬件机制亦会自动将 PC 指针定位到中断向量表处，并根据中断源取出对应的中断向量执行中断服务程序。 如上图，N32G45x 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程序，如图标号 ① 所示；在复位中断服务程序执行完之后，会跳转到 main 函数，如图标号 ② 所示；而 main 函数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（发生重中断），此时 N32G45x 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程序，如图标号 ④ 所示；在执行完中断服务程序以后，程序再次返回 main 函数执行，如图标号 ⑤ 所示。这些跳转逻辑的代码就是在startup_n32g45x中实现的，举例如下： - __Vectors DCD __initial_sp ; Top of Stack // 对应0x8000000,栈顶
- DCD Reset_Handler ; Reset Handler // 对应复位中断向量表
- DCD NMI_Handler ; NMI Handler
- DCD HardFault_Handler ; Hard Fault Handler
- DCD MemManage_Handler ; MPU Fault Handler
- .....
- ; Reset handler
- Reset_Handler PROC ; // 对应复位中断程序入口地址
- EXPORT Reset_Handler [WEAK]
- IMPORT __main
- IMPORT SystemInit
- LDR R0, =SystemInit
- BLX R0
- LDR R0, =__main ；// 跳转到__main函数,__main函数中会调用main函数
- BX R0
- ENDP
b. 包含boot的启动流程
N32G45x 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，此部分同正常执行的程序一样；在执行完 IAP 以后（即将新的 APP 代码写入 N32G45x 的 FLASH，灰底部分。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，同样 main 函数为一个死循环，并且注意到此时 N32G45x 的 FLASH，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 ⑤ 所示；（这里如果我们没有设置新的中断向量表，则就会跳到boot的中断向量表，执行boot的函数，从而程序就会出错）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 ⑥ 所示；在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 ⑧所示。 综上：boot中需设计跳转到app，app中需要设计中断向量表的位置 。 boot跳转代码： - static int Goto_App(uint32_t add_address)
- {
- typedef void (*pfun)(void);
-
- pfun jum_to_app = NULL;
-
- /* Check if the stack top pointer is in the range 0x20000000 - 0x20024000 */
-
- if (((*(__IO uint32_t*)add_address) <= 0x20024000) && ((*(__IO uint32_t*)add_address) >= 0x20000000))
- {
- /* disable irq */
- __disable_irq();
- /* Jump to user application */
- jum_to_app = (pfun) *(__IO uint32_t*) (add_address + 4);
- /* Initialize user application's Stack Pointer */
- __set_MSP(*(__IO uint32_t*) add_address);
- jum_to_app();
- }
- else
- {
- printf("Error: Stack top address is 0x%x\n", (*(__IO uint32_t*)add_address));
- }
- return -1;
- }
app中重新设计中断向量表： - #ifdef APP_WITH_BOOT
- SCB->VTOR = FLASH_BASE | APP_START_ADDR;
- #endif
app中设置程序的起始地址，可以通过修改keil中下图：
图2-3 ：启动地址设置
也可以通过修改分散加载文件的方法：
- LR_IROM1 0x08011000 0x00010000 { ; load region size_region
- ER_IROM1 0x08011000 0x00010000 { ; load address = execution address
- *.o (RESET, +First)
- *(InRoot$Sections)
- .ANY (+RO)
- }
- RW_IRAM1 0x20000000 0x00024000 { ; RW data
- .ANY (+RW +ZI)
- }
- }
主控芯片采用的是N32G455VEL7，其内核是ARM Cortex-M4F, 主频144MHz, 内部flash为512KB，SRAM 144KB。 软件编译采用MDK-ARM V5.23，画图采用：A**D V22.0.2 。 SD卡采用MicroSD卡，也就是手机上用的TF卡(目前手头上只有2GB SD卡)。 SD接口采用SDIO方式，电路图如下： 花了亿点点时间画个电路板，打样，贴片，实物如下（修修补补，焊接的不太好，冏）：
图3-3 实物图1
图3-4 实物图2
这个版本的电路ch340有点问题，可能还需要再打一板，修改后的电路图放附件了，有需要的自取。@—@. 4 软件实现4.1 软件需求实现通过SD卡完成系统升级，升级过程中出现任何问题，在不采用线刷的情况下，保证系统可恢复。 4.2 软件方案（操作流程）• 系统每次复位或重启，Boot中一开始就检测是否插入SD卡，如果插入SD卡，且升级文件（APP.bin）存在，则升级，升级完成后，启动系统。 这个方案比较简单，存储flash被分为Boot区域+Flag区域+APP区域。 图4-1 存储划分 Boot中一开始就检测按键KEY1是否被按下，是否插入SD卡，如果按键KEY1被按下且插入SD卡，且升级文件（APP.bin）存在，则升级，升级完成后，这里没有直接跳转APP，因为APP需要一个比较干净的启动环境（gpio都复位，中断清零，释放关闭等等），这里为了方便就重新软复位，然后跳转到APP。
图4-2 流程图
app中只需要设置中断向量表即可。 4.3 代码配置存储配置： 为了方便测试：Boot和APP都分配了64KFlash，Flag分配了4KFlash。 Boot: 0x08000000 - (0x08010000-1) Flag: 0x08010000 - (0x08011000-1)
App: 0x08110000 - (0x08021000-1) 4.3.1 bootBoot主函数： - int main(void)
- {
- int status = 0, flag = 0;
-
- /* LED Init */
- LedInit(LED_PORT, LED1_PIN | LED2_PIN);
- LedOff(LED_PORT, LED1_PIN | LED2_PIN);
- /* Key Init */
- KeyInit(KEY_PORT, KEY1_PIN | KEY2_PIN);
- /* USART Init */
- USART_Config();
- /* SD scan init */
- SDScanInit();
-
- printf("\n\n=====Boot Start!=====\n");
- if(KeyRead(KEY_PORT, KEY1_PIN) == 0)
- {
- Delay(0x28FFFF);
- if(KeyRead(KEY_PORT, KEY1_PIN) == 0)
- {
- if(SD_UpdateApp() == 0)
- {
- printf("Update system OK\n");
- }
- else
- {
- printf("Update system failed\n");
- }
- LedOn(LED_PORT, LED1_PIN | LED2_PIN);
- /* wait for key released */
- while(KeyRead(KEY_PORT, KEY1_PIN) == 0);
- Delay(0x28FFFF);
- while(KeyRead(KEY_PORT, KEY1_PIN) == 0);
-
- /* Software reset!!! */
- NVIC_SystemReset();
- }
- }
-
- flag = (*(__IO uint32_t*)(FLAG_START_ADDR));
- if (flag == FLAG_APP) /* check and jump to APP */
- {
- printf("=====Boot End!=====\n");
- status = Goto_App(APP_START_ADDR);
- if(status == -1)
- {
- printf("Jum to app failed!\n");
- Goto_Alarm();
- }
- }
- else
- {
- printf("No APP, Wait for SD insert with app.bin inside!\n");
- while(1)
- {
- if(SD_UpdateApp() == 0)
- {
- LedOn(LED_PORT, LED1_PIN | LED2_PIN);
- printf("Update system OK!, please restart the board\n");
- while(1);
- }
- }
- }
- }
SD卡升级的函数： - static FATFS fs = {0};
- static FILINFO fno;
- static FIL fil; /* File object */
- static BYTE buffer[FLASH_PAGE_SIZE] = {0}; /* File copy buffer */
-
- static int SD_UpdateApp(void)
- {
- FRESULT fr;
- UINT br; /* File read/write count */
- int status = 0, app_flag = 0, sd_insert = 0;
- uint32_t app_addr = 0;
- if(KeyRead(SD_SCAN_PORT, SD_SCAN_PIN) == 0)
- {
- Delay(0x28FFFF);
- if(KeyRead(SD_SCAN_PORT, SD_SCAN_PIN) == 0)
- {
- sd_insert = 1;
- }
- }
-
- if(sd_insert == 0)
- {
- return -1;
- }
- /* mount file system */
- fr = f_mount(&fs, "1:", 0); /* Mount a logical drive, 1:DEV_MMC */
- if (fr != FR_OK)
- {
- printf("mount file system error!\n");
- return -2;
- }
- /* search APP.bin */
- fr = f_stat("1:app.bin", &fno);
- if(fr == FR_OK)
- {
- printf("Start update system...\n");
- fr = f_open(&fil, "1:app.bin", FA_READ);
- if(fr) /* error */
- {
- printf("open 1:app.bin error!\n");
- f_unmount("1:");
- return -3;
- }
- status = flash_erase(FLAG_START_ADDR, 4);
- if(status == -1)
- {
- printf("Erase flag error!\n");
- f_close(&fil);
- f_unmount("1:");
- return -4;
- }
-
- app_addr = APP_START_ADDR;
- for (;;)
- {
- memset(buffer, 0, FLASH_PAGE_SIZE);
- fr = f_read(&fil, buffer, FLASH_PAGE_SIZE, &br); /* Read a chunk of data from the source file */
- if (br == 0)
- break; /* error or eof */
- status = flash_write(app_addr, br, buffer);
- if(status == -1)
- {
- printf("Wrie app(addr:0x%x) error!\n", app_addr);
- f_close(&fil);
- f_unmount("1:");
- return -5;
- }
- app_addr += br;
- }
- app_flag = FLAG_APP;
- status = flash_write(FLAG_START_ADDR, 4, (uint8_t *)&app_flag);
- if(status == -1)
- {
- printf("reset flag app1 error!\n");
- f_close(&fil);
- f_unmount("1:");
- return -6;
- }
- f_close(&fil);
- f_unmount("1:");
- return 0;
- }
- f_unmount("1:");
- return -7;
- }
flash擦除、写函数： - int flash_write(uint32_t start_addr, uint32_t size, uint8_t *pvalue)
- {
- int i = 0;
-
- /* Unlocks the FLASH Program Erase Controller */
- FLASH_Unlock();
- /* Erase */
- for(i=0; i<size; i+=FLASH_PAGE_SIZE)
- {
- if (FLASH_COMPL != FLASH_EraseOnePage(start_addr + i))
- {
- printf("Flash EraseOnePage Error. Please Deal With This Error Promptly\r\n");
- return -1;
- }
- }
-
- /* Program */
- for (i = 0; i < size; i += 4)
- {
- if (FLASH_COMPL != FLASH_ProgramWord(start_addr + i, (*(__IO uint32_t*)(pvalue + i))))
- {
- printf("Flash ProgramWord Error. Please Deal With This Error Promptly\r\n");
- return -1;
- }
- }
-
- /* Locks the FLASH Program Erase Controller */
- FLASH_Lock();
-
- /* Check */
- for (i = 0; i < size; i += 4)
- {
- if ( (*(__IO uint32_t*)(pvalue + i)) != (*(__IO uint32_t*)(start_addr + i)))
- {
- printf("Flash Program Test Failed\r\n");
- return -1;
- }
- }
-
- return 0;
- }
- int flash_erase(uint32_t start_addr, uint32_t size)
- {
- int i = 0;
-
- /* Unlocks the FLASH Program Erase Controller */
- FLASH_Unlock();
- /* Erase */
- for(i=0; i<size; i+=FLASH_PAGE_SIZE)
- {
- if (FLASH_COMPL != FLASH_EraseOnePage(start_addr + i))
- {
- printf("Flash EraseOnePage Error. Please Deal With This Error Promptly\r\n");
- return -1;
- }
- }
-
- /* Locks the FLASH Program Erase Controller */
- FLASH_Lock();
-
- return 0;
- }
4.3.2 app
主函数，比较简单，就是开头设置中断向量表，然后启动任务前打开全局中断 - /**
- * [url=home.php?mod=space&uid=247401]@brief[/url] Main program.
- */
- int main(void)
- {
- #ifdef APP_WITH_BOOT
- SCB->VTOR = FLASH_BASE | APP_START_ADDR;
- #endif
- LedInit(LED_PORT, LED1_PIN | LED2_PIN);
- /*Turn off Led1, Led2*/
- LedOff(LED_PORT, LED1_PIN | LED2_PIN);
- KeyInit(KEY_PORT, KEY1_PIN | KEY2_PIN);
- SDScanInit();
- /* USART Init */
- USART_Config();
- OLED_Init();
- printf("\n\n=====App Start!=====\n");
- xQueueKey = xQueueCreate( 4, sizeof( int ) );
- xTaskCreate( vLEDBlinkTask, "LEDx", ledSTACK_SIZE, NULL, ledTASK_PORI, ( TaskHandle_t * ) NULL );
- xTaskCreate( vKEYScanTask, "KEY1", keySTACK_SIZE, NULL, keyTASK_PORI, ( TaskHandle_t * ) NULL );
- xTaskCreate( vKEYHandleTask, "KEY2", 8*keySTACK_SIZE, NULL, keyTASK_PORI+1, ( TaskHandle_t * ) NULL );
- xTaskCreate( vSDScanTask, "SDx", sdSTACK_SIZE, NULL, sdTASK_PORI, ( TaskHandle_t * ) NULL );
- xTaskCreate( vOLEDTask, "OLEDx", oledSTACK_SIZE, NULL, oledTASK_PORI, ( TaskHandle_t * ) NULL );
- __enable_irq();
- vTaskStartScheduler();
- while (1)
- {
- vTaskDelay( 500 );
- }
- }
4.3.3 移植相关
文件系统采用的是fatfs，移植就是实现diskio.c中的初始化和读写函数，具体如下: - int MMC_disk_status(void)
- {
- return 0;
- }
- int MMC_disk_initialize(void)
- {
- Status = SD_Init(0, 3, 4);
- if (Status != SD_OK)
- {
- log_debug("SD Card initialization failed!\r\n");
- return -1;
- }
- // SD_Info(&SDCardInfo);
- return 0;
- }
- int MMC_disk_read(uint8_t *buff, uint32_t sector, uint32_t count)
- {
- long long read_addr = 0;
- int n = 0;
- SD_Error Status = SD_OK;
-
- read_addr = sector << 9; /* = sector * SD_BLOCK_SIZE */
-
- if(((uint32_t)buff%4) != 0)
- {
- for(n=0; n<count; n++)
- {
- Status = SD_ReadBlock(Buf_RX, read_addr+SD_BLOCK_SIZE*n, SD_BLOCK_SIZE);
-
- Status = SD_WaitReadOperation();
- while (SD_GetStatus() != SD_TRANSFER_OK);
- if (Status != SD_OK)
- {
- log_debug("SD Card read block failed!\r\n");
- return -1;
- }
-
- memcpy(buff, Buf_RX, SD_BLOCK_SIZE);
- buff += SD_BLOCK_SIZE;
- }
- }
- else
- {
- if(count == 1)
- Status = SD_ReadBlock(buff, read_addr, SD_BLOCK_SIZE);
- else
- Status = SD_ReadMultiBlocks(buff, read_addr, SD_BLOCK_SIZE, count);
-
- Status = SD_WaitReadOperation();
- while (SD_GetStatus() != SD_TRANSFER_OK);
- if (Status != SD_OK)
- {
- log_debug("SD Card read block failed!\r\n");
- return -1;
- }
- }
- return 0;
- }
- int MMC_disk_write(const uint8_t *buff, uint32_t sector, uint32_t count)
- {
- long long write_addr = 0;
- int n = 0;
- SD_Error Status = SD_OK;
-
- write_addr = sector << 9; /* = sector * SD_BLOCK_SIZE */
- if(((uint32_t)buff%4) != 0)
- {
- for(n=0; n<count; n++)
- {
- memcpy(Buf_TX, buff, SD_BLOCK_SIZE);
- Status = SD_WriteBlock(Buf_TX, write_addr+SD_BLOCK_SIZE*n, SD_BLOCK_SIZE);
- buff += SD_BLOCK_SIZE;
-
- Status = SD_WaitWriteOperation();
- while (SD_GetStatus() != SD_TRANSFER_OK);
- if (Status != SD_OK)
- {
- log_debug("SD Card write block failed!\r\n");
- return -1;
- }
- }
- }
- else
- {
- if(count == 1)
- Status = SD_WriteBlock((uint8_t *)buff, write_addr, SD_BLOCK_SIZE);
- else
- Status = SD_WriteMultiBlocks((uint8_t *)buff, write_addr, SD_BLOCK_SIZE, count);
-
- while (SD_GetStatus() != SD_TRANSFER_OK);
- if (Status != SD_OK)
- {
- log_debug("SD Card write block failed!\r\n");
- return -1;
- }
- }
-
- return 0;
- }
app中还移植了freertos,可以参照之前的一篇文章：【N32G430开发板试用】体验+移植Freertos+开关机记录 - - 21ic电子技术开**坛
4.4 其他解释
a.如何确定boot的大小是否合适
关于boot和app的大小如何设置，解释如下： 先编写了个Boot，编译得到boot.map, 最下面内容如下： - Total RO Size (Code + RO Data) 2848 (2.78kB)
- Total RW Size (RW Data + ZI Data) 5384 ( 5.26kB)
- Total ROM Size (Code + RO Data + RW Data) 2856 ( 2.79kB)
Total ROM Size就是所占用的Flash大小，不到3k，据此设定boot的flash大小分配为8k, 即Start=0x08000000，Size=0x2000 flag区域设计为4k（根据flashpage为0x800，想当然设置为page的两倍O(∩∩)O，反正flash够大）， 即：Start=0x08002000，Size=0x1000， app编译后，查看app.map如下： - Total RO Size (Code + RO Data) 10140 (9.90kB)
- Total RW Size (RW Data + ZI Data) 82568 ( 80.63kB)
- Total ROM Size (Code + RO Data + RW Data) 10328 ( 10.09kB)
据此设计app大小为64k. 即app1 ：Start=0x08003000，Size=0x10000; app2 : Start=0x08013000，Size=0x10000 需要注意的是：每个区域最好是FlashPage的整数倍，方便对FlashPage的擦除，N32G45x的Flash_Page大小为0x800。 小技巧：这里可以在一个mdk工程中创建多个配置，每个配置参数可以不一样,还可以添加些宏定义，区分工程。
图4-3 多工程配置 b. 如何生成bin文件在keil中下图加入：$K\ARM\ARMCC\bin\fromelf.exe --bin --output=Bin\@L.bin !L 图4-4 bin文件生成 c. SD卡的分类关于SD卡的区别如下： • SDSC：Standard Capacity SD Memory Card，最高支持 2GB 容量，使用 FAT12，FAT16 文件系统。 • SDHC：High Capacity SD Memory Card，支持 4GB～32GB 容量，使用 FAT32 文件系统。 • SDXC：Extended Capacity SD Memory Card，支持 64GB～2TB 容量，使用 exFAT 文件系统。
图4-5 SD卡分类 由于手头只有SD 2G的小卡，属于SDSC，等后面有了大容量SD卡，再测试SDHC是否也可以。 c. 其他方案 其实也有其他方案：比如APP划分两个，APP1和APP2, 在APP1中升级APP2, 在APP2中升级APP1, boot只用来做跳转就行，这个适合网口升级，缺点是占用flash，APP1和APP2的分散加载文件不一样，升级时需要注意。 另一个方案是把升级和操作flash的代码放到ram中运行，这样就可以实现app自己擦除自己，自己更新自己, 这个用NXP测试过可以，N32的芯片后面有时间了，再试试。 4.5 代码演示Boot上电会打印Booot Start,LED1和LED2全灭。 app1.bin（升级程序1）会Blink LED1, 周期500ms。 app2.bin（升级程序2）会Blink LED2, 周期500ms。 升级完成会常亮LED1,LED2, 出错会LED1、LED2同时快闪，周期100ms。 1. 程序默认运行在APP1，Blink LED1。 2. 将app2.bin重命名为app.bin放到SD卡，插上SD卡，按Key1,按复位，等待升级结束，观测LED。 3. 将app1.bin重命名为app.bin放到SD卡，插上SD卡，按Key1,按复位，等待升级结束，观测LED。 视频链接（https://www.bilibili.com/video/BV1424y1j7oG/）：
5. 应用场景目前该程序结合了电机控制一块来实现，可通过SD卡升级电机控制程序，方便以后产品封壳后升级的方便。 6. 一些坑1. pack安装不上，提示：Cannot install PackNationstech.N32G45x_DFP.1.0.5: Cannot find PDSC file at root directory of Packarchive 将Nationstech.N32G45xDFP.1.0.5.pack修改为Nationstech.N32G45xDFP.1.0.5.pack.zip, 然后解压缩，然后再压缩，然后再将压缩文件重命名为：Nationstech.N32G45x_DFP.1.0.5.pack就可以安装了。 2. boot转到app需要注意，要提供给app一个相对干净的启动环境，gpio还好，主要是中断相关的一定要关闭，否则就可能导致调到app就hardfault，如果不想一个个检查，可以像我一样，重新软启动下。
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