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).
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,
- 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.
