STM32 W5500 OTA功能 - bootloader及app的設計和實現

通過W5500的網絡功能，到文件服務器下載STM32要更新的固件(可執行bin文件)，存儲到STM32片內FLASH的APP備份區中，以待bootloader拷貝到APP代碼執行區，以實現OTA在線升級的功能。

我使用的芯片是STM32F103RCT6，48Kbyte的RAM內存和256Kbyte的片內FLASH。

片內FLASH區域劃分

對於片內FLASH應用的劃分，包括4個區域：bootloader區(36Kbyte)，App代碼執行區(108Kbyte)，App代碼備份區(108Kbyte)，用戶數據記錄區(4Kbyte)，共256Kbyte，如圖所示：

那麼片內FLASH各個區域對應的索引地址爲：

Bootloader功能設計與實現

bootloader和普通的app程序類似，只不過它在STM32上電後開始執行的，它負責檢測用戶數據數據記錄區是否有已經下載好的固件要更新。

如果用戶數據數據記錄區沒有下載好的固件數據要更新，則直接跳轉到App代碼執行區；

如果用戶數據數據記錄區有下載好的固件數據要更新，那麼根據用戶數據記錄區的下載固件文件長度，將App代碼備份區的數據拷貝到App代碼執行區，如果拷貝完成，則將用戶數據記錄區和App代碼備份區數據擦除，再跳轉到App代碼執行區去執行更新好的新程序。

在Keil工程中，bootloader的配置

bootloader的代碼實現：

#ifndef __STM32F10X_H
#define __STM32F10X_H
#include "stm32f10x.h"
#endif

#ifndef __Z_UTIL_TIME_H
#define __Z_UTIL_TIME_H
#include "z_util_time.h"
#endif

#ifndef __Z_HARDWARE_LED_H
#define __Z_HARDWARE_LED_H
#include "z_hardware_led.h"
#endif

#ifndef __Z_HARDWARE_FLASH_H
#define __Z_HARDWARE_FLASH_H
#include "z_hardware_flash.h"
#endif

#include <string.h>

#define APP_FLASH_ADDRESS 	 (0x8009000)
#define BACKUP_FLASH_ADDRESS (0x8024000)
#define RECORD_FLASH_ADDRESS (0x803F000)


typedef  void (*pFunction)(void);
pFunction Jump_To_Application;
uint32_t JumpAddress;

void func_jump2app(void)
{
	if (((*(__IO uint32_t*)APP_FLASH_ADDRESS) & 0x2FFC0000 ) == 0x20000000)
	{
		__disable_irq();
		JumpAddress = *(__IO uint32_t*) (APP_FLASH_ADDRESS + 4);
    Jump_To_Application = (pFunction) JumpAddress;
		__set_MSP(*(__IO uint32_t*) APP_FLASH_ADDRESS);
    Jump_To_Application();
	}
}

void func_led_onoff_cross(void);

u16 flash_buf[1024];
int main()
{
	u8 i;
	u32 len_backup;
	init_led();
	
	func_flash_read_datas(RECORD_FLASH_ADDRESS, flash_buf, 128);
	delay_ms(10);
	
	if(flash_buf[0] == 0x0002)// to update
	{
		u8 i, page, suc;
		len_backup = flash_buf[2]*65536 + flash_buf[3];
		page = len_backup / SECTOR_SIZE + 1;
		if(page <= 54)//108kbyte
		{
			for(i = 0; i < page; i++)
			{
				memset(flash_buf, 0xFFFF, sizeof(flash_buf));
				func_flash_read_datas(BACKUP_FLASH_ADDRESS + i*2048, flash_buf, 1024);
				suc = func_flash_write_datas(APP_FLASH_ADDRESS + i*2048, flash_buf, 1024);
				if(suc != 0)
				{
					break;
				}
			}
			if(suc == 0)//copy success
			{
				//clear backup
				for(i = 0; i < page; i++)
				{
					func_flash_erase_page(BACKUP_FLASH_ADDRESS + i*2048);
				}
				func_flash_erase_page(RECORD_FLASH_ADDRESS);
			}
		}		
	}
	
	for(i = 0; i < 5; i++)
	{
		func_led_onoff_cross();
	}
	func_jump2app();
	
}

void func_led_onoff_cross()
{
	func_led1_on();
	func_led2_off();
	delay_ms(200);
	func_led2_on();
	func_led1_off();
	delay_ms(200);
}

App功能設計與實現

App的功能，業務邏輯部分不作爲本文描述重點。關於網絡或其他方式下載固件，通過一個外部觸發去執行，我這裏使用了一個撥碼開關來觸發下載固件的事件。

在App代碼執行開始的地方，做一箇中斷向量的配置

NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH, (FLASH_APPCODE_ADDR - FLASH_BASE_ADDR));

然後初始化各個GPIO的操作，由於我是通過W5500的Http Get方式下載可執行文件bin，初始化一下網絡的配置，DHCP動態獲取IP等。還有一個地方，是在網絡下載數據的過程，通過一個鉤子函數進行註冊存儲函數，以實現下載的方法和業務分離。

//hook
init_hooks_http_download_file_save(func_custom_http_downloading_file_save);

文件下載的內容，存儲到App代碼備份區，下載完成後會存儲升級固件的標記以及下載了的固件文件的長度。

至於 STM32 W5500 Http Get方式下載固件的思路和實現，可參考《STM32 W5500 Http Client Get請求下載bin文件思路和實現》。

下載完成後，程序跳轉到bootloader去執行。

關於App的工程配置

App的測試代碼：

#ifndef __STM32F10X_H
#define __STM32F10X_H
#include "stm32f10x.h"
#endif

#ifndef __Z_UTIL_TIME_H
#define __Z_UTIL_TIME_H
#include "z_util_time.h"
#endif

#ifndef __Z_HARDWARE_LED_H
#define __Z_HARDWARE_LED_H
#include "z_hardware_led.h"
#endif

#ifndef __Z_HARDWARE_USART2_H
#define __Z_HARDWARE_USART2_H
#include "z_hardware_usart2.h"
#endif

#ifndef __Z_HARDWARE_FLASH_H
#define __Z_HARDWARE_FLASH_H
#include "z_hardware_flash.h"
#endif

#ifndef __Z_HARDWARE_SPI_H
#define __Z_HARDWARE_SPI_H
#include "z_hardware_spi.h"
#endif

#ifndef __Z_HARDWARE_SWITCHKEYS_H
#define __Z_HARDWARE_SWITCHKEYS_H
#include "z_hardware_switchkeys.h"
#endif

#ifndef __W5500_H
#define __W5500_H
#include "w5500.h"
#endif

#ifndef __SOCKET_H
#define __SOCKET_H
#include "socket.h"
#endif

#ifndef __W5500_CONF_H
#define __W5500_CONF_H
#include "w5500_conf.h"
#endif

#ifndef __DHCP_H
#define __DHCP_H
#include "dhcp.h"
#endif

#ifndef __HTTPC_H
#define __HTTPC_H
#include "httpc.h"
#endif

typedef  void (*pFunction)(void);
pFunction Jump_To_Bootloader;
uint32_t JumpAddress;

void func_jump2bootloader(void)
{
	if (((*(__IO uint32_t*)FLASH_BASE_ADDR) & 0x2FFC0000 ) == 0x20000000)
	{
		__disable_irq();
		JumpAddress = *(__IO uint32_t*) (FLASH_BASE_ADDR + 4);
    Jump_To_Bootloader = (pFunction) JumpAddress;
		__set_MSP(*(__IO uint32_t*) FLASH_BASE_ADDR);
    Jump_To_Bootloader();
	}
}

void func_led_onoff_cross(void);
void func_led_onoff_sametime(void);

void func_custom_http_downloading_file_save(u8 state, u8 pageno, u8* cache, u32 len_cache_cont)//pageno start from 1
{
//	func_usart2_dma_send_bytes(cache, len_cache_cont);
	if(state == 0)//downloading
	{
		//write FLASH Backup file content
		func_flash_write_datas(FLASH_APPBACKUP_ADDR + (pageno-1)*2048, (u16*)cache, SIZE_DOWNLOAD_CACHE/2);
	}
	else if(state == 1)//done
	{
		//write FLASH Backup file content
		func_flash_write_datas(FLASH_APPBACKUP_ADDR + (pageno-1)*2048, (u16*)cache, (len_cache_cont%2) == 0 ? (len_cache_cont/2) : (len_cache_cont/2+1));
		
		//write FLASH Record
		{
			u16 arrs[4];
			u32 downloadsize = (pageno-1)*SIZE_DOWNLOAD_CACHE + len_cache_cont;
			arrs[0] = 2;
			arrs[1] = 0xFFFF;
			arrs[2] = downloadsize >> 16;
			arrs[3] = (u16)downloadsize;
			func_flash_write_datas(FLASH_RECORD_ADDR, arrs, 4);			
		}
	}
}

u8 buf[2048];

int main()
{
	u8 state_k1_init;
	
	u8 mac[6]={0, };
	DHCP_Get dhcp_get;
	
	//FIXME your file server ip
	u8 srv_ip[] = {192, 168, 1, 109};
	u16 srv_port = 8888;
	
	NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH, (FLASH_APPCODE_ADDR - FLASH_BASE_ADDR));
	
	init_led();
	init_switchkeys();
	
	init_system_spi();
	func_w5500_reset();	
	
//	init_hardware_usart2_dma(115200);
	
	getMacByLockCode(mac);
	setSHAR(mac);
	
	sysinit(txsize, rxsize);
	setRTR(2000);
  setRCR(3);
	
	state_k1_init = func_get_switchkey1();
	
	//USART DMA problem: 2 bytes missing
//	func_usart2_dma_send_bytes(mac, 2);
//	delay_ms(100);
	
	//hook
	init_hooks_http_download_file_save(func_custom_http_downloading_file_save);
	
	//DHCP
	for(;func_dhcp_get_ip_sub_gw(buf, sizeof(buf), 1, mac, &dhcp_get, 500) != 0;);	
	if(func_dhcp_get_ip_sub_gw(buf, sizeof(buf), 1, mac, &dhcp_get, 500) == 0)
	{
		setSUBR(dhcp_get.sub);
		setGAR(dhcp_get.gw);
		setSIPR(dhcp_get.lip);
		close(1);
	}
	
	for(;;)
	{
		if(state_k1_init != func_get_switchkey1())
		{
			u8 res;
			//downlaod bin file and reboot
			memset(buf, 0 , sizeof(buf));
			res = func_http_get_download_file(0, srv_ip, srv_port, "/file/APP_Download.bin_1.1.8", 5000, buf, sizeof(buf));
			if(res == 0)
			{
				//jump to bootloader
				func_jump2bootloader();
			}
			state_k1_init = func_get_switchkey1();
		}
//		func_led_onoff_cross();
		func_led_onoff_sametime();
		
	}
	
}

void func_led_onoff_cross()
{
	func_led1_on();
	func_led2_off();
	delay_ms(500);
	func_led2_on();
	func_led1_off();
	delay_ms(500);
}

void func_led_onoff_sametime()
{
	func_led1_on();
	func_led2_on();
	delay_ms(500);
	func_led2_off();
	func_led1_off();
	delay_ms(500);
}

測試與結果

將bootloader編譯並生成bin文件，通過STM32 ST-LINK Utility工具，將bootloader下載到0x08000000的位置上，如圖：

將App編譯一版LED1和LED2交叉亮滅的固件，通過STM32 ST-LINK Utility工具，將App下載到0x08009000的位置上，如圖：

再編譯一版LED1和LED2同時亮滅的固件，上傳到文件服務器。

復位板子後，程序先執行bootloader的LED交叉快速閃爍，隨後進入到原始App的LED慢速交叉閃爍。扳動撥碼開關，隨後幾秒，LED交叉快速閃爍，然後兩個LED同時亮，同時滅。App固件升級完成！

總結

bootloader和App的思路比較簡單，但是實現的過程中，可能會遇到一些坑。說說我遇到過的坑：

1、bootloader工程target的FLASH大小配置

2、bootloader工程的startup_stm32f10x_hd.s文件的堆棧大小配置過小，導致Debug不好用，配置大一些就好了。

3、bootloader工程操作FLASH的代碼問題，導致bin文件內容串位-通過STM32 ST-LINK Utility工具檢查 FLASH中實際的內容是什麼，從而排查解決了問題。

4、App工程也是因爲FLASH的操作不當，導致用戶數據記錄區數據串位。

STM32 W5500 OTA功能 - bootloader及app的設計和實現

片內FLASH區域劃分

Bootloader功能設計與實現

App功能設計與實現

測試與結果

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