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[其他ST产品] STM32单片机bootloader扫盲

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 楼主| 梵蒂冈是神uy 发表于 2023-8-27 16:58 | 显示全部楼层 |阅读模式
Loader, Bootloader, BOOTLOAD, AD, 32单片机
STM32单片机BootLoader扫盲
BootLoader和APP之间的关系
APP就是平时写的单片机上的应用程序，而BootLoader本质上和APP一样，也是平时写的应用程序。BootLoader只不过是拥有从外部接收数据，更新Flash（也就是APP），跳转至APP功能的特殊APP罢了。

以STM32F103为例，如果没有BootLoader，flash分布就如下图左半部分。如果有BootLoader，就如下图右半部分，将flash分为两部分（这里举例用0x800 4000做分界线），存储了两个应用程序（BootLoader和APP）

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相关帖子
 楼主| 梵蒂冈是神uy 发表于 2023-8-27 16:58 | 显示全部楼层
如何从BootLoader跳转到APP
从外部接收数据，更新Flash，普通的APP也会有这样的需求。不常见的也就是从BootLoader跳转到APP这个功能了。STM32 单片机启动流程中介绍了单片机上电后的启动流程，其实也就主要干了两件事：

将栈顶位置加载到MSP寄存器中
将复位中断服务函数的入口地址给PC寄存器
然后单片机执行复位中断服务函数，在复位中断服务函数中设置中断向量表的偏移地址，准备C环境，最后跳转到main()函数。同理，从Bootloader跳到APP也需要干这两件事情，只不过上电时是单片机自动加载的MSP和PC，而从Bootloader跳到APP则需要我们编写函数进行跳转。
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 楼主| 梵蒂冈是神uy 发表于 2023-8-27 16:58 | 显示全部楼层
下面是STM32 跳转到APP的具体函数，在BootLoader函数中调用即可跳转到APP_ADDR，如果该地址存放了APP的bin文件则会运行APP的复位中断服务函数（一定要记得在APP中修改中断向量表偏移地址，如APP中不修改则默认使用BootLoader的中断向量表，APP中发生中断时就会去查BootLoader的中断向量表，从而调用BootLoader的中断服务函数），进而运行APP的main()函数。同理，APP跳转到BootLoader，修改跳转地址 APP_ADDR 为BootLoader地址（这里为0x8000000）即可实现.
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 楼主| 梵蒂冈是神uy 发表于 2023-8-27 16:59 | 显示全部楼层
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  1. /* 开关全局中断的宏 */
    

  2. #define ENABLE_INT() __set_PRIMASK(0)  /* 使能全局中断 */
    

  3. #define DISABLE_INT() __set_PRIMASK(1) /* 禁止全局中断 */
    

  4. #define APP_ADDR    0x8004000          /* APP地址 */
    

  5. /*
    

  6. *********************************************************************************************************
    

  7. * 函 数 名: JumpToApp
    

  8. * 功能说明: 跳转到APP
    

  9. * 形    参: 无
    

  10. * 返 回 值: 无
    

  11. *********************************************************************************************************
    

  12. */
    

  13. void JumpToApp(void)
    

  14. {
    

  15.   void (*SysMemBootJump)(void);        /* 声明一个函数指针 */
    

  16.   __IO uint32_t AppAddr = APP_ADDR;    /* APP地址 */
    

  17.     
    

  18.   /* 如果初始化了外设，需要反向初始化外设 */
    

  19.   
    

  20.   /* 设置所有时钟到默认状态，使用HSI时钟 */
    

  21.   HAL_RCC_DeInit();
    


  22. 

  23.   /* 关闭滴答定时器，复位到默认值 */
    

  24.   SysTick->CTRL = 0;
    

  25.   SysTick->LOAD = 0;
    

  26.   SysTick->VAL = 0;
    


  27. 

  28.   /* 关闭全局中断 */
    

  29.   DISABLE_INT();
    

  30.     
    

  31.   /* 关闭所有中断，清除所有中断挂起标志 */
    

  32.   for (uint32_t i = 0; i < 8; i++)
    

  33.   {
    

  34.     NVIC->ICER[i]=0xFFFFFFFF;
    

  35.     NVIC->ICPR[i]=0xFFFFFFFF;
    

  36.   } 
    


  37. 

  38.   /* 使能全局中断 */
    

  39.   ENABLE_INT();
    


  40. 

  41.   /* 设置SysMemBootJump为中断服务函数入口地址，首地址是MSP，地址+4是复位中断服务程序地址 */
    

  42.   SysMemBootJump = (void (*)(void)) (*((uint32_t *) (AppAddr + 4)));
    


  43. 

  44.   /* 设置主堆栈指针 */
    

  45.   __set_MSP(*(uint32_t *)AppAddr);
    


  46. 

  47.   /* 在RTOS工程，这条语句很重要，设置为特权级模式，SP使用MSP指针 */
    

  48.   __set_CONTROL(0);
    


  49. 

  50.   /* 进行跳转 也就是将SysMemBootJump 赋值给PC */
    

  51.   SysMemBootJump(); 
    


  52. 

  53.   /* 跳转成功的话，不会执行到这里，用户可以在这里添加代码 */
    

  54.   while (1)
    

  55.   {
    


  56. 

  57.   }
    

  58. }
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 楼主| 梵蒂冈是神uy 发表于 2023-8-27 16:59 | 显示全部楼层
常用的BootLoader+APP框架
单片机升级的原理大致是：收到升级指令——>MCU复位或者跳转到Boot程序区——>擦除对应的Flash区域——>获取APP数据——>写入FLASH数据——>校验——>跳转到APP应用程序区
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 楼主| 梵蒂冈是神uy 发表于 2023-8-27 16:59 | 显示全部楼层
单APP
2787564eb106fb2d63.png
单APP方案将Flash分成了三个部分，Boot+APP+Config，Boot负责更新APP；APP实现程序的主要功能；Config区域主要是存放APP是否完整的标志位，协助Boot判断是否要跳转到APP。
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 楼主| 梵蒂冈是神uy 发表于 2023-8-27 16:59 | 显示全部楼层
单APP有个明显的缺点：开始升级时就将原来的APP擦除了，如果升级中断则会一直停留在BootLoader，直至APP升级完成。
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 楼主| 梵蒂冈是神uy 发表于 2023-8-27 16:59 | 显示全部楼层
8927364eb1085e803e.png
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 楼主| 梵蒂冈是神uy 发表于 2023-8-27 17:00 | 显示全部楼层
双APP

5175464eb1092a32c1.png
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 楼主| 梵蒂冈是神uy 发表于 2023-8-27 17:00 | 显示全部楼层
双APP方案将Flash分成了四个部分，Boot+APP1+APP2+Config，Boot负责更新APP；APP1实现程序的主要功能；APP2相当于缓冲区，Boot升级APP时，会将接收到的APP数据包写入APP2，当APP数据包全部接收完毕，再将APP2搬运到APP1，这样就避免了单APP方案，升级中断一直停留在BootLoader的尴尬；
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 楼主| 梵蒂冈是神uy 发表于 2023-8-27 17:00 | 显示全部楼层
Config区域主要是存放APP1是否需要升级的标志位，协助Boot判断是否要将APP2的内容搬运至APP1。
4123864eb10ae23083.png
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 楼主| 梵蒂冈是神uy 发表于 2023-8-27 17:00 | 显示全部楼层
STM32系统BootLoader
STM32自举具体信息可以去官网查看手册AN2606
如果BOOT0为高电平，复位后将从系统存储器自举（系统存储区存放着系统bootLoader，出厂时，官方固化在单片机中的一段代码，用户无法修改的。在STM32中，常用的串口下载，DFU就是系统bootLoad中的功能）
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 楼主| 梵蒂冈是神uy 发表于 2023-8-27 17:00 | 显示全部楼层
2719064eb10bef1536.png
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 楼主| 梵蒂冈是神uy 发表于 2023-8-27 17:00 | 显示全部楼层
使用系统bootLoader需要在复位时调整BOOT0管脚的电平，使用起来还是比较麻烦的。系统BootLoader也是FLash中的一段程序，只不过是官方烧录的不可修改的，我们可以利用前面说的跳转到APP的方法跳转到系统BootLoader，这样就可以不修改BOOT0管脚电平，直接进入系统BootLoader，利用系统BootLoader的下载功能下载更新程序。
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 楼主| 梵蒂冈是神uy 发表于 2023-8-27 17:01 | 显示全部楼层
4517864eb10cf3a6d9.png
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 楼主| 梵蒂冈是神uy 发表于 2023-8-27 17:01 | 显示全部楼层
在手册中的闪存章节，找到系统BootLoader的起始地址0x1FFF F000，将APP_ADDR宏定义改为系统BootLoader地址即可跳转到系统BootLoader
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 楼主| 梵蒂冈是神uy 发表于 2023-8-27 17:01 | 显示全部楼层
在手册中的闪存章节，找到系统BootLoader的起始地址0x1FFF F000，将APP_ADDR宏定义改为系统BootLoader地址即可跳转到系统BootLoader
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 楼主| 梵蒂冈是神uy 发表于 2023-8-27 17:01 | 显示全部楼层
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  1. /* 开关全局中断的宏 */
    

  2. #define ENABLE_INT() __set_PRIMASK(0)  /* 使能全局中断 */
    

  3. #define DISABLE_INT() __set_PRIMASK(1) /* 禁止全局中断 */
    

  4. #define APP_ADDR    0x1FFFF000         /* 系统bootloader地址 */
    

  5. /*
    

  6. *********************************************************************************************************
    

  7. * 函 数 名: JumpToApp
    

  8. * 功能说明: 跳转到APP
    

  9. * 形    参: 无
    

  10. * 返 回 值: 无
    

  11. *********************************************************************************************************
    

  12. */
    

  13. void JumpToApp(void)
    

  14. {
    

  15.   void (*SysMemBootJump)(void);        /* 声明一个函数指针 */
    

  16.   __IO uint32_t AppAddr = APP_ADDR;    /* 跳转地址 */
    

  17.     
    

  18.   /* 如果初始化了外设，需要反向初始化外设 */
    

  19.   
    

  20.   /* 设置所有时钟到默认状态，使用HSI时钟 */
    

  21.   HAL_RCC_DeInit();
    


  22. 

  23.   /* 关闭滴答定时器，复位到默认值 */
    

  24.   SysTick->CTRL = 0;
    

  25.   SysTick->LOAD = 0;
    

  26.   SysTick->VAL = 0;
    


  27. 

  28.   /* 关闭全局中断 */
    

  29.   DISABLE_INT();
    

  30.     
    

  31.   /* 关闭所有中断，清除所有中断挂起标志 */
    

  32.   for (uint32_t i = 0; i < 8; i++)
    

  33.   {
    

  34.     NVIC->ICER[i]=0xFFFFFFFF;
    

  35.     NVIC->ICPR[i]=0xFFFFFFFF;
    

  36.   } 
    


  37. 

  38.   /* 使能全局中断 */
    

  39.   ENABLE_INT();
    


  40. 

  41.   /* 设置SysMemBootJump为中断服务函数入口地址，首地址是MSP，地址+4是复位中断服务程序地址 */
    

  42.   SysMemBootJump = (void (*)(void)) (*((uint32_t *) (AppAddr + 4)));
    


  43. 

  44.   /* 设置主堆栈指针 */
    

  45.   __set_MSP(*(uint32_t *)AppAddr);
    


  46. 

  47.   /* 在RTOS工程，这条语句很重要，设置为特权级模式，SP使用MSP指针 */
    

  48.   __set_CONTROL(0);
    


  49. 

  50.   /* 进行跳转 也就是将SysMemBootJump 赋值给PC */
    

  51.   SysMemBootJump(); 
    


  52. 

  53.   /* 跳转成功的话，不会执行到这里，用户可以在这里添加代码 */
    

  54.   while (1)
    

  55.   {
    


  56. 

  57.   }
    

  58. }
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 楼主| 梵蒂冈是神uy 发表于 2023-8-27 17:01 | 显示全部楼层
从APP跳转到系统BootLoader后，利用STM32CubeProgrammer工具更新程序

6141064eb10efb2ea8.png
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linxi6414 发表于 2023-8-31 00:04 | 显示全部楼层
很多用STM32芯片做的PLC是不是就是利用这种方式来做的？
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