本文是博主在學習OTA時參考的文章，原作者leafguo，獲得授權後整理髮布，原文鏈接如下：
STM32CubeMx開發之路—在線升級OTA(1/4)—基礎知識

簡介

本文主要講解在線升級(OTA)的基礎知識, 主要是針對IAP OTA從原理分析, 分區劃分, 到代碼編寫和實驗驗證等過程闡述這一過程. 幫助大家加深對OTA的認識.

1. OTA基礎知識

什麼是BootLoader?

BootLoader可以理解成是引導程序, 它的作用是啓動正式的App應用程序.
換言之, BootLoader是一個程序, App也是一個程序, BootLoader程序是用於啓動App程序的.

STM32中的程序在哪兒?

正常情況下, 我們寫的程序都是放在STM32片內Flash中(暫不考慮外擴Flash).
我們寫的代碼最終會變成二進制文件, 放進Flash中
感興趣的話可以在Keil>>>Debug>>>Memory中查看, 右邊Memory窗口存儲的就是代碼

接下來就可以進入正題了.

進行分區

既然我們寫的程序都會變成二進制文件存放到Flash中, 那麼我們就可以進一步對我們程序進行分區.
我使用的是F103RB-NUCLEO開發板,他的Flash一共128頁, 每頁1K.見下圖:

以它爲例, 我將它分爲三個區.BootLoader區、 App1區、 App2區(備份區)具體劃分如下圖:

BootLoader區存放啓動代碼
App1區存放應用代碼
App2區存放暫存的升級代碼

總體流程圖

先執行BootLoader程序, 先去檢查APP2區有沒有程序, 如果有就將App2區(備份區)的程序拷貝到App1區, 然後再跳轉去執行App1的程序.
然後執行App1程序, 因爲BootLoader和App1這兩個程序的向量表不一樣, 所以跳轉到App1之後第一步是先去更改程序的向量表. 然後再去執行其他的應用程序.
在應用程序裏面會加入程序升級的部分, 這部分主要工作是拿到升級程序, 然後將他們放到App2區(備份區), 以便下次啓動的時候通過BootLoader更新App1的程序.
流程圖如下圖所示:

2. BootLoader的編寫

本節主要講解在線升級(OTA)的BooLoader的編寫，我將以我例程的BootLoader爲例, 講解BootLoader(文末會提供免費的代碼下載鏈接)，其他的大體上原理都差不多。

流程圖分析

以我例程的BootLoader爲例：

我將App2區的最後一個字節(0x0801FFFC)用來表示App2區是否有升級程序, STM32在擦除之後Flash的數據存放的都是0xFFFFFFFF, 如果有, 我們將這個地址存放0xAAAAAAAA. 具體的流程圖見下圖所示

程序編寫和分析

所需STM32的資源有:

printf的使用, 可以參考以前的博文STM32CubeMx開發之路—3發送USART數據和printf重定向
Flash的讀寫, 可以參考以前的博文STM32CubeMX開發之路—8Flash讀寫
程序跳轉指令:可以參考如下代碼:

/* 採用彙編設置棧的值 */
__asm void MSR_MSP (uint32_t ulAddr) 
{
    MSR MSP, r0   //設置Main Stack的值
    BX r14
}


/* 程序跳轉函數 */
typedef void (*Jump_Fun)(void);
void IAP_ExecuteApp (uint32_t App_Addr)
{
  Jump_Fun JumpToApp;

  if ( ( ( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr ) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000 )  //檢查棧頂地址是否合法.
  {
    JumpToApp = (Jump_Fun) * ( __IO uint32_t *)(App_Addr + 4);  //用戶代碼區第二個字爲程序開始地址(復位地址)  
    MSR_MSP( * ( __IO uint32_t * ) App_Addr );                  //初始化APP堆棧指針(用戶代碼區的第一個字用於存放棧頂地址)
    JumpToApp();                                                //跳轉到APP.
  }
}

在需要跳轉的地方執行這個函數就可以了IAP_ExecuteApp(Application_1_Addr);
其他的代碼請參考BootLoader源代碼

源碼

BootLoader源代碼 STM32F103rb_delay_us.zip

3. APP的編寫

本節主要講解在線升級(OTA)的App1的編寫以及整個流程的說明，我將以我例程的App爲例, 採用Ymodem協議進行串口傳輸,講解App的編寫(後面會提供免費的代碼下載鏈接), 其他的協議原理大體上都差不多, 都是通過某種協議拿到升級的代碼。

流程圖分析

以我例程的App1爲例：

先修改向量表, 因爲本程序是由BootLoader跳轉過來的, 不修改向量表後面會出現問題；
打印版本信息, 方便查看不同的App版本；
本例程的升級程序採用串口的Ymoderm協議進行傳輸bin文件. 具體的流程圖見下圖所示：

程序編寫和分析

所需STM32的資源有:

printf的使用, 詳情可參考 STM32CubeMx開發之路—3發送USART數據和printf重定向
Flash的讀寫, 詳情可參考 STM32CubeMX開發之路—8Flash讀寫
串口的DMA收發, 詳情可參考 STM32CubeMx開發之路—4採用DMA方式收發數據
YModem協議相關的, 詳情可參考 YModem介紹

Ymodem協議

百度百科Ymodem協議
具體流程可自行查找相關文檔, 這兒提供一個我找到的 XYmodem.pdf.
Ymodem協議相關介紹可參考我的這篇教程 YModem介紹.

代碼分析

代碼大多數都是通過串口實現Ymodem協議的接收, 這兒就不詳細說明
後面放了我的源代碼, 詳情請參考我的源代碼.
主函數添加修改向量表的指令

打印版本信息以及跳轉指令

YModem相關的文件接收部分


/**
 * @bieaf YModem升級
 *
 * @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
				
		/* 拷貝 */
		temp_len = Rx_Len;
		for(i = 0; i < temp_len; i++)
		{
			temp_buf[i] = Rx_Buf[i];
		}
		
		switch(temp_buf[0])
		{
			case SOH:///<數據包開始
			{
				static unsigned char data_state = 0;
				static unsigned int app2_size = 0;
				if(Check_CRC(temp_buf, temp_len)==1)///< 通過CRC16校驗
				{					
					if((Get_state()==TO_START)&&(temp_buf[1] == 0x00)&&(temp_buf[2] == (unsigned char)(~temp_buf[1])))///< 開始
					{
						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])))///< 結束
					{
						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])))///< 接收數據
					{
						printf("> Receive data bag:%d byte\r\n",data_state * 128);
						
						/* 燒錄程序 */
						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://數據包開始
			{
				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;	
		}
	}
}

其中部分函數未在以上代碼中展現, 詳情請參看下面的源代碼(免費).

源碼

App1源代碼 STM32F103rb_App1.zip

4. 整體測試

本節主要對前三節的教程做測試驗證 BootLoader + App的升級功能。

源代碼

BootLoader源代碼 STM32F103rb_delay_us.zip
App1源代碼 STM32F103rb_App1.zip

代碼的下載

由下圖可知兩份代碼的下載區域是不一樣的，所以他們下載的區域也不一樣。

BootLoader的下載

BootLoader的代碼默認是最開始的所以不需要特別設置代碼的下載位置
按照下圖, 修改擦除方式爲Erase Sectors, 大小限制在0X5000(20K)

燒錄代碼
運行, 通過串口1打印輸出, 會看到以下打印消息
說明BootLoader已經成功運行

App1的下載

App1稍微複雜一點, 需要將代碼的起始位置設置爲0x08005000
同時也要修改擦除方式爲Erase Sectors, 見下圖

燒錄代碼
運行, 通過串口1打印輸出, 會看到以下打印消息
說明BootLoader已經成功跳轉到版本號爲0.0.1的App1

生成App2的.bin文件

Keil如何生成.bin文件, 請參考這篇博文 Keil如何生成.bin文件
修改代碼, 把版本號改爲0.0.2, 並且編譯並且生成.bin文件
生成好之後你會得到一個.bin結尾的文件, 這就是我們待會兒YModem要傳輸的文件

使用Xshell進行文件傳輸

打開Xshell
代碼中, 串口1進行調試信息的打印, 串口2進行YModem升級的
所以使用Xshell打開串口2進行文件傳輸, 串口1則可以通過串口調試助手查看調試消息, 具體過程如下

你會看到App的版本成功升級到0.0.2了.
如果你到了這一步.
那麼恭喜你! 你已經能夠使用在線升級了!

5. 總結

通過本幾節的教程, 想必你已經會使用在線升級了, 只要原理知道了其他的問題都可以迎刃而解了, 除了使用YModem協議傳輸.bin文件, 你還可以通過藍牙, WIFI,等其他協議傳輸, 只要能夠將.bin文件傳輸過去, 那其他的部分原理都差不多.

原作者備註：提供一下個人微信號 Hleafleafleaf，歡迎加好友，共同學習！共同進步！

STM32在線升級OTA，看這一篇就夠啦~

簡介

1. OTA基礎知識

什麼是BootLoader?

STM32中的程序在哪兒?

進行分區

總體流程圖

2. BootLoader的編寫

流程圖分析

程序編寫和分析

源碼

3. APP的編寫

流程圖分析

程序編寫和分析

Ymodem協議

代碼分析

源碼

4. 整體測試

源代碼

代碼的下載

BootLoader的下載

App1的下載

生成App2的.bin文件

使用Xshell進行文件傳輸

5. 總結

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