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STM32在线升级OTA，看这一篇就够啦~

由 ≡放荡痞女 提交于 2020-10-28 20:28:34
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本文是博主在学习OTA时，up主阿正推荐学习的文章，原作者leafguo，写的非常简洁明了，在获得授权后整理发布，可以在文末点击阅读原文跳转到原文章。

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简介

本文主要讲解在线升级(OTA)的基础知识, 主要是针对IAP OTA从原理分析, 分区划分, 到代码编写和实验验证等过程阐述这一过程. 帮助大家加深对OTA的认识.

1. OTA基础知识

什么是BootLoader?

BootLoader可以理解成是引导程序, 它的作用是启动正式的App应用程序. 换言之, BootLoader是一个程序, App也是一个程序,  BootLoader程序是用于启动App程序的.

STM32中的程序在哪儿?

正常情况下, 我们写的程序都是放在STM32片内Flash中(暂不考虑外扩Flash). 我们写的代码最终会变成二进制文件, 放进Flash中 感兴趣的话可以在Keil>>>Debug>>>Memory中查看, 右边Memory窗口存储的就是代码

接下来就可以进入正题了.

进行分区

既然我们写的程序都会变成二进制文件存放到Flash中, 那么我们就可以进一步对我们程序进行分区. 我使用的是F103RB-NUCLEO开发板,他的Flash一共128页, 每页1K.见下图:

以它为例, 我将它分为三个区.BootLoader区、 App1区、 App2区(备份区)具体划分如下图:

  • BootLoader区存放启动代码
  • App1区存放应用代码
  • App2区存放暂存的升级代码

总体流程图

  • 先执行 BootLoader程序, 先去检查 APP2区有没有程序, 如果有就将App2区(备份区)的程序拷贝到 App1区, 然后再跳转去执行 App1的程序.
  • 然后执行 App1程序, 因为 BootLoader和 App1这两个程序的向量表不一样, 所以跳转到 App1之后第一步是先去更改程序的向量表. 然后再去执行其他的应用程序.
  • 在应用程序里面会加入程序升级的部分, 这部分主要工作是拿到升级程序, 然后将他们放到 App2区(备份区), 以便下次启动的时候通过 BootLoader更新 App1的程序. 流程图如下图所示:

2. BootLoader的编写

本节主要讲解在线升级(OTA)的BooLoader的编写，我将以我例程的BootLoader为例, 讲解BootLoader(文末会提供免费的代码下载链接)，其他的大体上原理都差不多。

流程图分析

以我例程的BootLoader为例：

我将App2区的最后一个字节(0x0801FFFC)用来表示App2区是否有升级程序, STM32在擦除之后Flash的数据存放的都是0xFFFFFFFF, 如果有, 我们将这个地址存放0xAAAAAAAA. 具体的流程图见下图所示

程序编写和分析

所需STM32的资源有:

  • 发送USART数据和printf重定向
  • Flash的读写
  • 程序跳转指令,可以参考如下代码: 
/* 采用汇编设置栈的值 */
__asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr)
{
    MSR MSP, r0   //设置Main Stack的值
    BX r14
}


/* 程序跳转函数 */
typedef void (*Jump_Fun)(void);
void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
{
  Jump_Fun JumpToApp;

  if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 )  //检查栈顶地址是否合法.
  {
    JumpToApp = (Jump_Fun) * ( __IO uint32_t *)(App_Addr + 4);  //用户代码区第二个字为程序开始地址(复位地址)
    MSR_MSP( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr );                  //初始化APP堆栈指针(用户代码区的第一个字用于存放栈顶地址)
    JumpToApp();                                                //跳转到APP.
  }
}
  • 在需要跳转的地方执行这个函数就可以了 IAP_ExecuteApp(Application_1_Addr);
  • 其他的代码请参考 BootLoader源代码

3. APP的编写

本节主要讲解在线升级(OTA)的App1的编写以及整个流程的说明，我将以我例程的App为例, 采用Ymodem协议进行串口传输,讲解App的编写(后面会提供免费的代码下载链接), 其他的协议原理大体上都差不多, 都是通过某种协议拿到升级的代码。

流程图分析

以我例程的App1为例：

  • 先修改向量表, 因为本程序是由BootLoader跳转过来的, 不修改向量表后面会出现问题；
  • 打印版本信息, 方便查看不同的App版本；
  • 本例程的升级程序采用串口的Ymoderm协议进行传输bin文件. 具体的流程图见下图所示：

程序编写和分析

所需STM32的资源有:

  • 发送USART数据和printf重定向
  • Flash的读写
  • 串口的DMA收发
  • YModem协议相关

Ymodem协议

  • 百度百科[Ymodem协议]
  • 具体流程可自行查找相关文档, 这儿提供一个我找到的 XYmodem.pdf(文末和源码一起提供).
  • Ymodem协议相关介绍可参考我的这篇教程 YModem介绍

(https://blog.csdn.net/weixin_41294615/article/details/104652105).

代码分析

  • 代码大多数都是通过串口实现Ymodem协议的接收, 这儿就不详细说明

  • 后面放了我的源代码, 详情请参考我的源代码.

  • 主函数添加修改向量表的指令

  • 打印版本信息以及跳转指令

  • YModem相关的文件接收部分 

/**
 * @bieaf YModem升级
 *
 * @param none
 * @return none
 */
void ymodem_fun(void)
{
	int i;
	if(Get_state()==TO_START)
	{
		send_command(CCC);
		HAL_Delay(1000);
	}
	if(Rx_Flag)    	// Receive flag
	{
		Rx_Flag=0;	// clean flag

		/* 拷贝 */
		temp_len = Rx_Len;
		for(i = 0; i < temp_len; i++)
		{
			temp_buf[i] = Rx_Buf[i];
		}

		switch(temp_buf[0])
		{
			case SOH:///<数据包开始
			{
				static unsigned char data_state = 0;
				static unsigned int app2_size = 0;
				if(Check_CRC(temp_buf, temp_len)==1)///< 通过CRC16校验
				{					
					if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 开始
					{
						printf("> Receive start...\r\n");

						Set_state(TO_RECEIVE_DATA);
						data_state = 0x01;						
						send_command(ACK);
						send_command(CCC);

						/* 擦除App2 */							
						Erase_page(Application_2_Addr, 40);
					}
					else if((Get_state()==TO_RECEIVE_END)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 结束
					{
						printf("> Receive end...\r\n");

						Set_Update_Down();						
						Set_state(TO_START);
						send_command(ACK);
						HAL_NVIC_SystemReset();
					}					
					else if((Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)&&(temp_buf[1] == data_state)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 接收数据
					{
						printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);

						/* 烧录程序 */
						WriteFlash((Application_2_Addr + (data_state-1) * 128), (uint32_t *)(&temp_buf[3]), 32);
						data_state++;

						send_command(ACK);		
					}
				}
				else
				{
					printf("> Notpass crc\r\n");
				}

			}break;
			case EOT://数据包开始
			{
				if(Get_state()==TO_RECEIVE_DATA)
				{
					printf("> Receive EOT1...\r\n");

					Set_state(TO_RECEIVE_EOT2);					
					send_command(NACK);
				}
				else if(Get_state()==TO_RECEIVE_EOT2)
				{
					printf("> Receive EOT2...\r\n");

					Set_state(TO_RECEIVE_END);					
					send_command(ACK);
					send_command(CCC);
				}
				else
				{
					printf("> Receive EOT, But error...\r\n");
				}
			}break;	
		}
	}
}
  • 其中部分函数未在以上代码中展现, 详情请参看文末给出的源码链接.

4. 整体测试

本节主要对前三节的教程做测试验证 BootLoader + App的升级功能。

源代码

BootLoader源代码和App1源代码可以在原作者的gitee获取：

https://gitee.com/leafguo/leaf_notes/STM32CubeMX/STM32CubeMx_OTA

代码的下载

  • 由下图可知两份代码的下载区域是不一样的，所以他们 「下载的区域也不一样」。

BootLoader的下载

  • BootLoader的代码默认是最开始的所以不需要特别设置代码的下载位置
  • 按照下图, 修改擦除方式为 Erase Sectors, 大小限制在 0X5000(20K)

  • 烧录代码
  • 运行, 通过串口1打印输出, 会看到以下打印消息
  • 说明BootLoader已经成功运行

App1的下载

  • App1稍微复杂一点, 需要将代码的起始位置设置为 0x08005000
  • 同时也要修改擦除方式为 Erase Sectors, 见下图

  • 烧录代码
  • 运行, 通过串口1打印输出, 会看到以下打印消息
  • 说明 BootLoader已经成功跳转到版本号为0.0.1的 App1

生成App2的.bin文件

  • Keil如何生成.bin文件, 请参考这篇博文 Keil如何生成.bin文件

https://blog.csdn.net/weixin_41294615/article/details/104656577

  • 修改代码, 把版本号改为0.0.2, 并且编译并且生成.bin文件

  • 生成好之后你会得到一个.bin结尾的文件, 这就是我们待会儿YModem要传输的文件

使用Xshell进行文件传输

  • 打开Xshell
  • 代码中, 串口1进行调试信息的打印, 串口2进行YModem升级的
  • 所以使用Xshell打开串口2进行文件传输, 串口1则可以通过串口调试助手查看调试消息
  • 你会看到App的版本成功升级到0.0.2了.
  • 如果你到了这一步.
  • 那么恭喜你! 你已经能够使用在线升级了!

5. 总结

通过本几节的教程, 想必你已经会使用在线升级了, 只要原理知道了其他的问题都可以迎刃而解了, 除了使用YModem协议传输.bin文件, 你还可以通过蓝牙, WIFI,等其他协议传输, 只要能够将.bin文件传输过去, 那其他的部分原理都差不多.

本文分享自微信公众号 - 嵌入式云IOT技术圈（gh_d6ff851b4069）。
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