STM32F4单片机bootloader及在线升级IAP基本原理

只看该作者 · 2023-9-30 23:56

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单区模式，用自定义的BootLoader代替原厂的，操作方便，通过正常逻辑代码中的外设进行指令级别的跳转无需配置boot引脚电平。缺点是无备份功能，在大容量flash单片机中有些空间未被使用，不用来做程序旧版本保存太浪费。

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自定义bootloader+app1+app2、

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双区模式，代码备份功能具备，当然对应的对于小容量产品就显的比较占用空间。双区模式又根据APP区的用法分为两种：一种是APP1只作为运行区域的代码，APP2只做备份区。另外一种是，APP1和APP2均可作为运行区域的代码区，随意切换，APP1运行时APP2区便作为备份区。

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第一种比较好实现，缺点就是每次升级都需要做一次代码的对调。第二种比较难以实现，因为flash中中断向量表地址偏移是固定的以及中断向量地址也是固定的，每一次编译后地址不会更改。简单点说就是同一份代码更改向量表偏移地址，生成的flash烧写文件BIN文件不一样，因此每次升级需要在单片机中更改源码文件。
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iap升级实例
这里以我测试用的双区模式为例，使用一个标志位进行APP1和APP2区域的切换。只讲基本过程，具体的串口升级协议没有添加，大家仅供参考。

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flash分区

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首先需要根据flash的情况进行分区确定每个扇区的功能，这次采用双BootLoader的设置，使用BootLoader1跳过sector1的分区，直接引导至BootLoader2，这样做的好处是把标志位放在了一个较小的分区，尽量减少空间浪费，正常Flag标志也存不了几个量。

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BootLoader2占空扇区2-4，大小96k。sector5-7存储APP1，sector8-10存储APP2.最后sector11预留使用。

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标志位区内容、

只看该作者 · 2023-9-30 23:58

目前标志位存两个变量，一个是用于跳转的flag当值为0x11时BootLoader2引导跳转至APP1区，当值为0x22时跳转至APP2区，其它值不跳转，，vetOffLen存储向量表偏移值，APP1对应0x20000，APP2对应0x40000。

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升级方案设计
升级方案如下图所示

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BootLoader设计
然后是BootLoader设计，BootLoader1的功能就是引导跳转至BootLoader2区，跳过flag区。

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源码如下：

int main(void)
{

while(1)
{
if(((*(vu32*)(0x08008000+4))&0xFF000000)==0x08000000)//判断是否为0X08XXXXXX.
{
iap_load_app(0x08008000);//执行FLASH APP代码
}
}
}

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BootLoader2的方案也很简单根据跳转标志跳转至APP1还是APP2，否则停留在当前BootLoader2中，同时进行将相对应的的中断向量表偏移长度写进flag区中。

只看该作者 · 2023-9-30 23:58

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源码：
#include <string.h>
#include "stm32_flash.h"
#include "App_Init.h"

int main(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
Sysint();//系统初始化
  RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF, ENABLE);
  /* GPIO初始化 */
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
  GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
  GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
  GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure);
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
  GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure);

  RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOE, ENABLE);
  /* GPIO初始化 */
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;
  GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
  GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;
  GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
  GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);
  GPIO_SetBits(GPIOF, GPIO_Pin_9);
  GPIO_ResetBits(GPIOF, GPIO_Pin_10);

while(1)
{
delay_ms(100);
ReadFlagTable(&Flag_Table);//将标志位的表读

if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE,GPIO_Pin_3)==0)
{
Flag_Table.ull_updaterun_flag =0x00000011;//写入APP1的向量表偏移长度
}
else if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE,GPIO_Pin_4)==0)
{
Flag_Table.ull_updaterun_flag =0x00000022;//写入APP1的向量表偏移长度
}
switch (Flag_Table.ull_updaterun_flag)
{
case 0x00000011://跳转APP1
{
if(((*(vu32*)(STM32_FLASH_APP1_BASE+4))&0xFF000000)==0x08000000)//判断是否为Flash区域
{
if(Flag_Table.ull_vetofflen!=0x20000)
{
Flag_Table.ull_vetofflen =0x20000;//写入APP1的向量表偏移长度
WriteFlagTable(&Flag_Table);//将标志位的表写入
}
iap_load_app(STM32_FLASH_APP1_BASE);//程序跳转
}

}
break;
case 0x00000022://跳转APP2
{
if(((*(vu32*)(STM32_FLASH_APP2_BASE+4))&0xFF000000)==0x08000000)//判断是否为Flash区域
{
if(Flag_Table.ull_vetofflen!=0x40000)
{
Flag_Table.ull_vetofflen =0x40000;//写入APP1的向量表偏移长度
WriteFlagTable(&Flag_Table);//将标志位的表写入
}
iap_load_app(STM32_FLASH_APP2_BASE);//程序跳转
}

}
break;
default://默认在当前BootLoader中
{

GPIO_ToggleBits(GPIOF, GPIO_Pin_9);
GPIO_ToggleBits(GPIOF, GPIO_Pin_10);
}

break;
}
}

}

只看该作者 · 2023-9-30 23:59

这个增加了一个按键选择功能，帮助测试APP1和APP2区代码的跳转。

只看该作者 · 2023-9-30 23:59

APP中升级处理
讲APP中升级处理前，先将一下APP区代码的结构，如下所示，不同分区中每一份代码都要包含三部分，第一部分中断向量表，表中存储了各个中断函数的地址；第二部分为中断函数；第三部分为主逻辑代码，可理解为main函数。正常中断的执行过程是：发生中断，单片机查询中断向量表，通过中断向量表找到中断函数的地址，执行中断函数后跳回源main函数中。每一APP代码只能使用自己中断向量表以及中断函数，因此有一个向量表偏移长度，让单片机能够通过相对于0X0800 0000的偏移找到对应APP代码的中断函数。
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