一、前期规划（关键！决定后续实现难度）
1. 明确需求与功能边界
核心功能：是否需要串口/I2C/SPI/OTA升级？是否需要固件校验（CRC/MD5）？是否需要升级失败回滚？
触发方式：按键触发、串口指令触发、定时器触发（如定时检查升级标志）？
硬件限制：Flash大小（决定Bootloader和应用分区大小）、RAM大小（接收缓冲区大小）。
2. 内存分区规划（以STM32F103C8T6为例，64KB Flash + 20KB RAM）
原则：
Bootloader大小需预留冗余（基础功能16KB足够，复杂功能需32KB）。
应用程序起始地址必须是Flash扇区对齐的（如F103每页1KB，0x08004000是第4页起始）。
二、搭建Bootloader工程（CubeMX + MDK）
1. 新建CubeMX工程
选择芯片型号（如STM32F103C8T6）。
配置最小系统资源：
时钟：启用HSE，配置PLL（如72MHz，保证串口等外设稳定）。
升级通信外设：如串口（USART1，115200波特率，无校验）、GPIO（按键引脚，下拉输入）。
调试接口：保留SWD（方便调试Bootloader）。
2. 生成工程代码
选择MDK-ARM工具链，生成代码时勾选“Generate peripheral initialization as .c/.h files”。
打开生成的工程，确认时钟初始化（SystemClock_Config）、外设初始化（如MX_USART1_UART_Init）正确。
三、实现Bootloader核心功能
按“初始化→检测升级条件→升级流程→跳转应用”的逻辑编写代码。
1. 系统初始化（最小资源初始化）
仅初始化Bootloader必需的外设（避免占用过多资源影响应用跳转）：
void Bootloader_Init(void) {
HAL_Init(); // HAL库初始化（ systick 等）
SystemClock_Config(); // 时钟初始化（CubeMX生成）
MX_USART1_UART_Init(); // 升级用串口初始化
MX_GPIO_Init(); // 按键GPIO初始化（若用按键触发）
}
2. 升级触发条件检测
判断是否进入升级模式（示例：按键按下或串口接收“UPGRADE”指令）：
uint8_t Check_Upgrade_Trigger(void) {
// 条件1：按键按下（PA0为高电平，消抖处理）
if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_SET) {
HAL_Delay(20); // 消抖
if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_SET) {
return 1; // 进入升级模式
}
}
// 条件2：串口接收“UPGRADE”指令（500ms内检测）
uint8_t rx_cmd[8] = {0};
if (HAL_UART_Receive(&huart1, rx_cmd, 7, 500) == HAL_OK) { // 超时500ms
if (memcmp(rx_cmd, "UPGRADE", 7) == 0) {
return 1; // 进入升级模式
}
}
return 0; // 直接跳转应用
}
3. Flash操作函数（擦除与写入）
STM32 Flash操作需先解锁，按页擦除，按字写入（4字节对齐）：
#include "stm32f1xx_hal_flash_ex.h"
// Flash解锁
void Flash_Unlock(void) {
HAL_FLASH_Unlock();
__HAL_FLASH_CLEAR_FLAG(FLASH_FLAG_EOP | FLASH_FLAG_PGERR | FLASH_FLAG_WRPERR);
}
// Flash锁定
void Flash_Lock(void) {
HAL_FLASH_Lock();
}
// 擦除应用程序区域（从0x08004000开始，共48页）
uint8_t Flash_Erase_AppArea(void) {
FLASH_EraseInitTypeDef erase_init;
uint32_t page_error = 0;
erase_init.TypeErase = FLASH_TYPEERASE_PAGES;
erase_init.PageAddress = 0x08004000; // 应用起始地址
erase_init.NbPages = 48; // 48页=48KB（F103C8T6共64KB，Bootloader占16KB）
if (HAL_FLASHEx_Erase(&erase_init, &page_error) != HAL_OK) {
return 0; // 擦除失败
}
return 1; // 擦除成功
}
// 写入数据到Flash（addr：起始地址，data：数据，len：4字节单位的长度）
uint8_t Flash_Write(uint32_t addr, uint32_t *data, uint32_t len) {
for (uint32_t i = 0; i < len; i++) {
if (HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_WORD, addr + i*4, data) != HAL_OK) {
return 0; // 写入失败
}
}
return 1; // 写入成功
}
4. 接收固件并写入Flash（以串口为例）
需定义简单通信协议（示例：先发送4字节固件大小，再发送固件数据，每包1024字节）：
#define APP_ADDR 0x08004000 // 应用程序起始地址
uint8_t rx_buf[1024]; // 接收缓冲区（1024字节=256个32位字）
uint8_t Receive_and_Write_Firmware(void) {
uint32_t firmware_size = 0; // 固件总大小（字节）
uint32_t received = 0; // 已接收字节数
// 1. 接收固件大小（4字节，小端模式）
if (HAL_UART_Receive(&huart1, (uint8_t*)&firmware_size, 4, 10000) != HAL_OK) {
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)"SizeErr", 7, 100);
return 0;
}
// 2. 擦除应用区域（先解锁）
Flash_Unlock();
if (!Flash_Erase_AppArea()) {
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)"EraseErr", 8, 100);
Flash_Lock();
return 0;
}
// 3. 循环接收固件数据并写入
while (received < firmware_size) {
// 计算当前包长度（不超过缓冲区和剩余大小）
uint16_t pkg_len = (firmware_size - received) > 1024 ? 1024 : (firmware_size - received);
// 接收一包数据（超时10秒）
if (HAL_UART_Receive(&huart1, rx_buf, pkg_len, 10000) != HAL_OK) {
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)"RxErr", 5, 100);
Flash_Lock();
return 0;
}
// 转换为32位数据（4字节对齐，不足补0）
uint32_t write_data[256] = {0}; // 1024字节=256个32位
memcpy(write_data, rx_buf, pkg_len);
// 写入Flash（地址=应用起始+已接收字节数，长度=pkg_len/4向上取整）
uint32_t write_len = pkg_len / 4 + (pkg_len % 4 ? 1 : 0);
if (!Flash_Write(APP_ADDR + received, write_data, write_len)) {
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)"WriteErr", 8, 100);
Flash_Lock();
return 0;
}
received += pkg_len;
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)"OK", 2, 100); // 发送确认
}
Flash_Lock(); // 写完锁定Flash
return 1;
}
5. 跳转至应用程序（核心！必须保证跳转正确）
应用程序的首地址是栈顶，次地址是复位函数入口，需按如下步骤跳转：
typedef void (*pFunction)(void); // 函数指针类型
void Jump_To_Application(void) {
pFunction app_reset_handler; // 应用程序复位函数
uint32_t app_stack_top; // 应用程序栈顶地址
// 1. 检查应用程序是否存在（栈顶地址是否在RAM范围内）
app_stack_top = *(volatile uint32_t*)APP_ADDR; // 应用首地址是栈顶
if (app_stack_top < 0x20000000 || app_stack_top > 0x20005000) { // F103C8T6 RAM：0x20000000~0x20005000（20KB）
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)"NoApp", 5, 100);
return; // 无有效应用，不跳转
}
// 2. 关闭中断，避免Bootloader中断干扰应用
__disable_irq();
// 3. 复位外设（可选，根据应用需求，如关闭Bootloader开启的时钟）
HAL_RCC_DeInit(); // 复位RCC，恢复默认时钟（应用需重新初始化时钟）
// 4. 设置中断向量表偏移（应用的中断向量表在自己的起始地址）
SCB->VTOR = APP_ADDR; // 向量表偏移到应用起始地址
// 5. 设置栈顶指针，跳转至应用复位函数
__set_MSP(app_stack_top); // 更新主栈指针为应用栈顶
app_reset_handler = (pFunction)*(volatile uint32_t*)(APP_ADDR + 4); // 应用次地址是复位函数
app_reset_handler(); // 跳转执行应用程序
}
6. 主函数逻辑整合
int main(void) {
Bootloader_Init(); // 初始化最小系统
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)"Bootloader Ready\r\n", 19, 100);
// 检测升级触发条件
if (Check_Upgrade_Trigger()) {
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)"Enter Upgrade Mode\r\n", 19, 100);
// 接收并写入固件
if (Receive_and_Write_Firmware()) {
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)"Upgrade Success\r\n", 17, 100);
} else {
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)"Upgrade Failed\r\n", 16, 100);
}
}
// 跳转至应用程序
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)"Jump to App...\r\n", 16, 100);
Jump_To_Application();
// 若跳转失败，进入死循环
while (1) {
HAL_Delay(1000);
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)"Jump Failed\r\n", 13, 100);
}
}
四、应用程序适配（必须修改！否则应用无法运行）
应用程序需修改起始地址和中断向量表偏移，才能被Bootloader正确跳转：
1. 修改应用程序的链接地址（MDK）
打开应用工程→Options for Target→Linker→取消勾选“Use Memory Layout from Target Dialog”→启用“Scatter File”，编写分散加载文件（如app.sct）：
LR_IROM1 0x08004000 0x0000C000 { ; 起始地址0x08004000，大小48KB（0xC000字节）
ER_IROM1 0x08004000 0x0000C000 { *.o } ; 代码段
RW_IRAM1 0x20000000 0x00005000 { *.o } ; 数据段（RAM）
}
2. 设置应用程序的中断向量表偏移
在应用程序main函数开头添加：
int main(void) {
// 设置中断向量表偏移到应用程序起始地址（0x08004000）
SCB->VTOR = 0x08004000;
// 后续初始化（HAL_Init、时钟等）
HAL_Init();
SystemClock_Config();
// ... 其他代码
}
3. 生成应用程序固件（.bin文件）
MDK中通过fromelf工具生成：在工程Options for Target→User→After Build/Rebuild添加命令：
fromelf --bin -o ./Output/app.bin ./Output/app.axf
（需替换app.axf为实际输出文件名）。
五、测试与验证
1. 烧录Bootloader
通过ST-Link将Bootloader程序烧录到STM32的0x08000000地址（默认启动地址）。
2. 测试升级流程
上电后，Bootloader启动，若触发升级（如按下按键），通过串口工具发送固件：
① 先发送4字节固件大小（小端模式，如0x12345678表示固件大小为0x78563412字节）；
② 再发送应用程序的.bin文件数据；
③ 接收“Upgrade Success”后，重启开发板，Bootloader会自动跳转至新应用。
3. 验证跳转功能
未触发升级时，Bootloader应直接跳转至应用程序，应用能正常运行（如LED闪烁、串口打印）。
六、关键注意事项
Flash对齐：写入地址和数据必须4字节对齐（STM32 Flash硬件要求）。
中断关闭：跳转前必须用__disable_irq()关闭中断，避免Bootloader的中断服务程序干扰应用。
栈顶检查：应用程序的栈顶地址必须在RAM范围内（否则视为无效应用）。
固件校验：实际产品中需添加CRC32校验（发送固件时附加校验值，Bootloader接收后验证），防止固件损坏。
兼容性：不同STM32系列（如F1/F4/H7）的Flash操作函数略有差异（如擦除类型、页大小），需根据手册调整。
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